1. Učební texty pro popularizátory vědy

1

Studijní opora k výukovému modulu v oblasti technických věd „K4/MTV5 Zachrání nás moderní technologie?“ byla vytvořena v rámci projektu „Poznej tajemství vědy“. Projekt s reg. č. CZ.1.07/2.3.00/45.0019 je financován z operačního programu vzdělávání pro konkurenceschopnost a státního rozpočtu České republiky. Výukový modul představuje nástroj pro vzdělávání cílové skupiny (zájemci o vědu) ve specifickém tématu v rámci přírodních a technických věd. Tento modul popularizační formou seznámí potenciální zájemce o vědecko-výzkumnou práci s vědeckým přístupem (schopností odhalovat skryté příčiny dějů, rozpoznávat falešnou analogii). Dále motivační formou ukáže práci domácích i zahraničních výzkumníků v terénu i v laboratořích. Výukový modul je tvořený unikátním textem, obsahujícím: 1. Učební texty pro popularizátory vědy 2. Pracovní aktivity pro studenty a žáky, min. 5 aktivit pro SŠ, 3 aktivity pro ZŠ 2. st., 1 aktivita pro ZŠ 1. st.: a) výklad vědeckých (badatelských) aktivit v laboratoři či v terénu b) pracovní listy c) návody pro pokusy a měření včetně vyhodnocování d) dvě strany odborného anglického textu 3. Metodická příručka

Materiál vytvořil expertní tým společnosti: Vysoká škola podnikání, a. s. Michálkovická 1810/181, 710 00, Ostrava – Slezská Ostrava IČ: 25861271, Tel.: +420 595 228 111, Web: www.vsp.cz, E-mail: [email protected]. Vysoká škola podnikání, a.s. poskytuje vysokoškolské vzdělávání v akreditovaných studijních oborech programu Ekonomika a management pro bakalářské a magisterské studium už od roku 2000. Primární strategií při naplňování tohoto poslání je poskytovat vzdělávání, služby a výzkum k podpoře a rozvoji podnikavosti a podnikání prostřednictvím definovaných podnikatelských rolí, hodnotové orientace a klíčových kompetencí. Posláním školy je připravovat odborníky, kteří rozumí podnikání jako celku. Cílem VŠP je vychovávat podnikatele a manažery, kteří mohou být uplatnitelní a úspěšní v různých profesích a oborech. Studium je proto velmi přizpůsobeno praxi a požadavkům zaměstnavatelů.

Garant: prof. Ing. Vítězslav Zamarský, CSc. Autoři: prof. Ing. Miroslav Kaloč, CSc.

© Vysoká škola podnikání, a.s., 2015

2

OBSAH ČÁST A Seznámení popularizátora vědy s tématem ........................................................................... 14 1

Technologie od dávnověku po průmyslovou revoluci ................................................................. 14 1.1

Obecný historický přehled .................................................................................................... 17

1.1.1

Člověk před civilizací .................................................................................................... 17

1.1.2

Mesopotámská a Egyptská civilizace ............................................................................ 19

1.1.3

Řecko ............................................................................................................................. 20

1.1.4

Římská říše.................................................................................................................... 20

1.1.5

Ranný středověk............................................................................................................. 20

1.1.6

Pozdní středověk ............................................................................................................ 21

1.1.7

Renesance ...................................................................................................................... 21

1.2

Potraviny ............................................................................................................................... 23

1.2.1

Domácí zvířata ............................................................................................................... 23

1.2.2

Počátky zemědělství....................................................................................................... 23

1.2.3

Zavlažování .................................................................................................................... 24

1.3

Obdělávání půdy ................................................................................................................... 24

1.3.1

Příprava pokrmů a nápojů .............................................................................................. 25

1.3.2

Rybolov .......................................................................................................................... 29

1.3.3

Důsledky zeměpisných objevů ...................................................................................... 30

1.4

Technologie domácích potřeb ............................................................................................... 30

1.4.1

Počátky hrnčířství .......................................................................................................... 30

1.4.2

Počátky používání textilu............................................................................................... 31

1.4.3

Slonovina, dřevo, kůže ................................................................................................... 32

1.4.4

Kožedělství .................................................................................................................... 32

1.4.5

Sklo ................................................................................................................................ 33

1.5

Výroba a zpracování kovů..................................................................................................... 34

1.5.1

První použití kovů .......................................................................................................... 34

1.5.2

Zpracování kovu ve Středověku .................................................................................... 37

1.5.3

Rozvoj železářství .......................................................................................................... 38

1.5.4

Vyzbrojování a výroba nástrojů ..................................................................................... 40

1.6

Komunikace a záznamy ........................................................................................................ 40

1.6.1

Řeč a záznam ................................................................................................................. 40

1.6.2

Měření ............................................................................................................................ 40

1.6.3

Mapy a Kartografie ........................................................................................................ 42

1.6.4

Papír ............................................................................................................................... 44

1.6.5

Počátky tisku .................................................................................................................. 44 3

1.7

1.7.1

Síla lidská a zvířecí ........................................................................................................ 44

1.7.2

Vodní kolo ..................................................................................................................... 45

1.8

2

První zdroje energií ............................................................................................................... 44

Počátky chemického průmyslu ............................................................................................. 46

1.8.1

Výroba střelného prachu ................................................................................................ 47

1.8.2

Alchymie a Lékařstí (Iatrochemie) ................................................................................ 48

1.8.3

Počátky moderní chemie ................................................................................................ 49

Od průmyslové revoluce po dvacáté století .................................................................................. 51 2.1

Pára ........................................................................................................................................ 53

2.1.1

Parní stroj ....................................................................................................................... 53

2.1.2

Využití parního stroje .................................................................................................... 53

2.1.3

Parní turbína ................................................................................................................... 55

2.2

Obrábění kovů ....................................................................................................................... 56

2.2.1 2.3

Rozvoj přesného strojírenství ........................................................................................ 56

Moderní doprava ................................................................................................................... 57

2.3.1

Lodní doprava ................................................................................................................ 57

2.3.2

Železnice ........................................................................................................................ 57

2.3.3

Automobily .................................................................................................................... 58

2.3.4

Letadla a letecká doprava............................................................................................... 59

2.4

Stavebnictví a stavitelství ...................................................................................................... 61

2.5

Uhlí a kovy ............................................................................................................................ 63

2.5.1

Těžba uhlí....................................................................................................................... 64

2.5.2

Kování a lití železa......................................................................................................... 64

2.5.3

Nástup levné oceli .......................................................................................................... 66

2.5.4

Neželezné materiály ....................................................................................................... 67

2.6

Zemní plyn, nafta, pryž ......................................................................................................... 69

2.6.1

Věk plynu ....................................................................................................................... 69

2.6.2

Ranné využívání bituminových depozitů....................................................................... 70

2.6.3

Těžba ropy ..................................................................................................................... 71

2.6.4

Kaučuk ........................................................................................................................... 72

2.7

Rozvoj moderního chemického průmyslu ............................................................................ 73

2.7.1

Rozvoj výroby sody a kyseliny sírové ........................................................................... 73

2.7.2

Syntetická barviva .......................................................................................................... 75

2.7.3

Výbušniny ...................................................................................................................... 76

2.7.4

Některé elektrochemické procesy .................................................................................. 77

2.7.5

Umělá hnojiva ................................................................................................................ 77

4

2.7.6 2.8

Textil ..................................................................................................................................... 78

2.8.1

Spřádací stroje ................................................................................................................ 79

2.8.2

Tkanina .......................................................................................................................... 80

2.8.3

Šicí stroje ....................................................................................................................... 82

2.9

Sklo a keramika ..................................................................................................................... 82

2.9.1

Keramika ........................................................................................................................ 82

2.9.2

Sklárny ........................................................................................................................... 83

2.10

Spalovací motory................................................................................................................... 84

2.10.1

Plynové motory .............................................................................................................. 84

2.10.2

Naftové motory .............................................................................................................. 84

2.10.3

Benzínové motory .......................................................................................................... 86

2.11

Elektrická energie .................................................................................................................. 86

2.11.1

Historické souvislosti ..................................................................................................... 86

2.11.2

Výroba elektřiny ............................................................................................................ 87

2.11.3

Distribuce elektřiny........................................................................................................ 89

2.11.4

Telegraf .......................................................................................................................... 89

2.11.5

Telefon ........................................................................................................................... 91

2.11.6

Elektrické osvětlení ........................................................................................................ 92

2.11.7

Elektrické motory........................................................................................................... 93

2.12

3

Chemie a medicína ......................................................................................................... 78

Tisk, fotografie, kino ............................................................................................................. 94

2.12.1

Psací stroj ....................................................................................................................... 94

2.12.2

Tisk a tiskařské stroje..................................................................................................... 94

2.12.3

Výroba papíru ................................................................................................................ 98

2.12.4

Fotografie ....................................................................................................................... 99

2.12.5

Vývoj kinematografie .................................................................................................. 101

Dvacáté století a současnost ....................................................................................................... 103 3.1

Dvacáté století a současnost ................................................................................................ 105

3.1.1

Dobývání vzdušného prostoru a vesmíru ..................................................................... 105

3.1.2

Kosmonautika .............................................................................................................. 107

3.1.3

Moderní chemický průmysl ......................................................................................... 108

3.1.4

Technologie úpravy vody ............................................................................................ 109

3.1.5

Polymery ...................................................................................................................... 114

3.1.6

Biotechnologie ............................................................................................................. 115

3.1.7

Informační technologie ................................................................................................ 118

3.1.8

Počítače ........................................................................................................................ 118

5

3.1.9

Síť internet ................................................................................................................... 119

3.1.10

Lokalizační technologie ............................................................................................... 120

3.1.11

Odpady ......................................................................................................................... 120

3.1.12

Energetika .................................................................................................................... 121

3.2

4

Nové nastupující technologie .............................................................................................. 124

3.2.1

Historie nových technologií ......................................................................................... 124

3.2.2

Akronymy .................................................................................................................... 124

3.2.3

Příklady ........................................................................................................................ 125

3.2.4

Věda, Inženýrství a Technologie ................................................................................. 126

3.2.5

Kranzbergovy zákony Technologie ............................................................................. 126

Závěr ........................................................................................................................................... 128

Seznam zdrojů a použitá literatura ..................................................................................................... 129 ČÁST B Pracovní aktivity pro studenty a žáky ................................................................................. 132 1

2

3

4

Pracovní listy pro 1. stupeň zš .................................................................................................... 132 1.1

Pracovní list č. 1A Materiály kolem nás ............................................................................. 132

1.2

Pracovní list č. 1B Uhlí – základní zdroj energie ................................................................ 134

Pracovní listy pro 2. stupeň zš .................................................................................................... 135 2.1

Pracovní list č. 1B: Cesta vody?.......................................................................................... 135

2.2

Pracovní list č. 2B: Výroba železa a oceli ........................................................................... 136

2.3

Pracovní list č. 3B: Principy hlavních výrobních technologií ............................................. 137

Pracovní listy pro studenty středních škol .................................................................................. 139 3.1

Pracovní list č. 1C Chemický a dřevozpracující průmysl na Ostravsku ............................. 139

3.2

Pracovní list č. 2C Strojírenská výroba ............................................................................... 141

3.3

Pracovní list č. 3C: Od kamene po železo ........................................................................... 142

Pracovní listy s odborným textem v anglickém a českém jazyce............................................... 144 4.1

Abstract of the text „Rescued by modern technology?“ ..................................................... 144

4.2

Abstrakt textu „Zachrání nás moderní technologie?" ......................................................... 149

ČÁST C Metodická příručka ............................................................................................................. 152 1

Pracovní listy pro 1. stupeň zš .................................................................................................... 154 Pracovní list č. 1A Materiály kolem nás ........................................................................................ 154

2

1.1

Pracovní list č. 1B Uhlí – základní zdroj energie ................................................................ 154

1.2

Pracovní list č. 1B: Cesta vody?.......................................................................................... 154

Pracovní listy pro 2. stupeň zš .................................................................................................... 155 2.1

Pracovní list č. 2B: Výroba železa a oceli ........................................................................... 155

2.2

Pracovní list č. 3B: Principy hlavních výrobních technologií ............................................. 155

2.3

Pracovní list č. 4B: Od kamene po železo ........................................................................... 155

6

3

Pracovní listy pro studenty gymnázií a středních odborných škol ............................................. 156 3.1

Pracovní list č. 1C Chemický a dřevozpracující průmysl na Ostravsku ............................. 156

3.2

Pracovní list č. 2C Strojírenská výroba ............................................................................... 156

7

CÍL VÝUKOVÉHO MODULU Popularizátoři vědy se seznámí s následujícími okruhy Lidská společnost ve svém historickém vývoji zaznamenává neustále nové jevy, nové materiály, přetváření přírody, využívání životního prostředí…tak, aby všeho mohla stále více využívat k uspokojování svých potřeb či nároků a žila plnohodnotným životem. Od dob, kdy se objevil oheň, kdy se pračlověk naučil tohoto přírodního daru využívat, se denně setkáváme s novými skutečnostmi, které obohacují naši existenci. Využívání získávaných poznatků lidskou společností je pochopitelně spojeno se zeměpisnou polohou zemí, musí se přizpůsobovat tamním klimatickým podmínkám, přírodnímu bohatství, vodním zdrojům – nacházíme zde tudíž řadu odlišností většího či menšího významu. To vše – snaha o lepší život – vedlo v dějinách lidstva k řadě postupů, obecně zvaných technologie, ty se nutně také vyvíjely, zdokonalovaly, byly vynalezeny nové hmoty, nové postupy, při tom zákonitě vznikaly i hmoty nežádané, s nimiž se lidstvo nepřestane potýkat. Tyto hmoty dostaly (nezaslouženě) název odpady, při tom snaha o jejich využívání nabývá na významu stále více. Jestliže si pračlověk v prvobytně pospolné společnosti upravoval pěstní klín k jeho lepšímu a efektivnějšímu sevření ve své dlani, pak už k vyhloubení Znalosti odchytné jámy při lovu mamutů potřeboval oné energie a postupových kroků více … Až posléze „objevil kouzlo a sílu ohně“, vyráběl bronz, potřeboval k tavení cínu a mědi větší množství energie, k níž ovšem kromě „vlastního“ zdroje potřeboval ještě jiný - cizí zdroj – onen oheň… A posléze při tavení železa té energie ještě více k dosažení potřebné teploty… Užitná hodnota produktu samozřejmě roste se stupněm a počtem jednotlivých postupových výrobních kroků a funkčnosti produktu – tablet jich má dozajista více než pastýřská hůl…stejně jako kosmické těleso ve srovnání s žebřiňákem… Z řečeného ovšem vyplývá nezvratný fakt: užitnou hodnotu spoluurčuje množství energie a složitost postupu, potřebného k výrobě od suroviny až po finální produkt. Pozn.: Je však samozřejmé, že jde o EFEKTIVNĚ vynaloženou energii, plýtvání kterýmkoli druhem (úniky tepla slabou izolací, unikající plyn v důsledku netěsností aparatury, nedopal paliva při špatně seřízeném topeništi apod. jsou faktorem, který výrobek prodražuje, přidanou hodnotu poznamenává, avšak negativně. Také dokonalost technologie musí být EFEKTIVNÍ. Jde např. o ohřev kovu na optimální teplotu jeho zformování kováním apod.

8

Tím se ovšem dostáváme NEVYLUČITELNĚ k porovnávání způsobů úprav, kde už nás každopádně zajímá, jak dlouho, za kolik, životnost a další ukazatele, protože ty ovlivní celkovou hodnotu - cenu… Charakteristickým znakem nových technologií resp. výrobních postupů je úsilí zavádět ony postupy s menšími nároky na spotřebu energie, případně hledat jiné energetické zdroje, tzv. obnovitelné, mnohdy poskytované přírodou (slunce, voda, vítr,…). K naplnění uvedených snah se pak vedle energie neodlučitelně věnuje pozornost výběru vhodných surovin, výkonných výrobních zařízení, měřicí, regulační a automatizační technice, minimalizaci odpadů, vzniku emisí a v neposlední řadě i potřebě lidského faktoru. Vhodné suroviny jsou v současnu v podobě přírodních zdrojů – nalezišť dřevní hmota, ložiska uhlí, rud, sklářský písek, kaolin apod. Některé jsou podle stupně poznání intenzivně čerpány, jejich zásoby se zmenšují, o jiných dosud nevíme nebo je dosud neumíme získat pro vlastní potřeby – např. suroviny, uložené na mořském dně apod. O některých víme, neumíme je však efektivně využít – např. radioaktivní suroviny… Zůstává skutečností, že ono obecně pojmenované odpadové hospodářství se stává důležitým prvkem v našem životě, jde o opětovné využívání odpadů… Naše úsilí tudíž směřuje k ovládnutí takových postupů, jimiž můžeme odpady znovu využívat. Rámcově mluvíme o recyklaci…některé možnosti Znalosti už důvěrně známe: např. ocelový šrot, sklo, papír, hliník, některé plasty. Jinde se nám to ještě nedaří, např. textil, guma… Obecný přetvárný proces se dá vyjádřit schématem: Surovina + technologie + energie ==========► výrobek + odpad (vedlejší produkt) Např.: (Železná ruda + struskotvorné přísady) + (vysokopecní proces = redukční děje) + (koks + vysokopecní vítr + přídavné palivo)===►surové železo + (vysokopecní struska + vysokopecní plyn + kaly z plynočistírny…)

Naznačený proces ukazuje názorně tvorbu nové hodnoty – zde v podobě vytvoření nové hmoty – železa – která má co do kvality zcela jiné parametry než železná ruda, ze které jsme železo vyrobili. Výše uvedený vztah využitelnosti hmoty lze aplikovat také na doprovodné produkty. Zde ovšem narážíme na skutečnost, že ne vždy dovedeme zužitkovat jejich podstatu. Příkladů lze nalézt bezpočet. Např. efektivní, ekonomicky vyhovující vytěžení germania a galia z elektrárenských popílků, zachycení a zpracování amoniaku v zemědělské výrobě aj.

Současný stav naší společnosti nás však doslovně nutí orientovat naši pozornost na využívání průvodních produktů, zkoumat zpracovatelské

9

postupy, při tom toto úsilí je provázeno dílčími úspěchy. Jde např. o zpětné získávání některých kovů z vyřazených zařízení a komponent – např. baterie, prvky TV přijímačů, počítače atd.atp. Jde ovšem také o jiné neméně významné výzkumy jako další využití jaderného potenciálu z palivových článků, dosud považovaných za jaderný odpad, využití tepla metalurgických tavenin k rozkladu vody na kyslík a vodík, využití tepla z kompresorových stanic dálkových plynovodů aj.

Jakákoliv výrobní technologie musí tedy respektovat:   

vhodnost výrobních podmínek technické aspekty ekonomiku

Mezí se stává optimalizace poměru jednotlivých vlivů… Jde tudíž o princip technologického optima Ten je podmíněn – sestaven z principu optimálního využití -

surovin energie zařízení

Znalosti

Z dosud řečeného ovšem můžeme odvodit jeden nezvratný fakt: podstatná část našich aktivit ať ve směru podpory naší existence nebo ve směru tvorby a ochrany životního prostředí je velmi těsně závislá na dostačujícím energetickém potenciálu. Pokud se zamyslíme nad uvedenými fakty, dojdeme k nezvratnému závěru, že zmíněné nezbytné trendy se opírají o technický pokrok, který ovšem lze zajistit pouze rozvojem vědeckovýzkumné činnosti a rychlou aplikací docílených poznatků do každodenní praxe. Příkladů nacházíme dnes a denně kvantum – aplikace plastů, miniaturizace elektronických systémů, vysoká čistota materiálů, nanotechnologie…

Při pozorném čtení tohoto textu lze dojít k jednoznačnému závěru: při každé činnosti je třeba využívat v maximální míře poznatků a zkušeností z předchozího období, tedy stále šikovnějších rukou a myšlenek, střádaných po dlouhou dobu. Zde je lhostejno, zda půjde o řízení automobilu nebo pěstování brambor nebo soustružení těsnicího prstence…

Platí, že u těchto postupů uplatňujeme znalosti, zručnost, zkušenosti – to vše Dovednosti s přihlédnutí k novým postupům, které byly během času vypracovány. Podívejme se např. na způsob stanovení třeba rozměrů – kdysi uplatnění rozměrů rukou, příp. nohou – loket, píď, palec, stopa, sáh…později skládací či jiný metr, dnes laser. Kdysi předávání informací posly, posléze dostavníky,…dnes maily a jiné vymoženosti…, kdysi uhlazený písek, provázek a kolík, dnes projektování pomocí počítačů atd. Kdysi pyramidy, Eiffelovka – dnes kosmické koráby atd.

10

V tom je tedy využívání a rozvoj dovedností… Příkladů lze uvést bezpočet – od osobního rozvoje, kdy jsme pyšní, že se nám podařilo zavázat si u bot tkaničky (už jsme velcí…) až po ovládání raketoplánů, složitých zařízení z oblasti informačních technologií, transplantaci srdce a jiných orgánů… Je nad jakoukoliv pochybnost, že poznatky i zkušenosti lze kromě běžného sledování jevů kolem nás získávat řízenou – systematickou vědeckovýzkumnou činností na specializovaných pracovištích, která jsou k tomu účelu vybavována moderní instrumentální technikou. V této oblasti nalézáme úžasný pokrok, konstrukce měřicích a analytických přístrojů představuje synthézu vrcholových poznatků ze všech možných oborů – Dovednosti materiály, vodiče, miniaturizace, prvky výpočetní techniky, dálkový přenos dat a dalších… Např. přenos dat z umělých kosmických aparatur, bezpilotní letadla, robotizace…

Vše shora řečené – to jsou právě ty dovednosti, které sbíráme, hodnotíme, třídíme, rozvíjíme…a co je zejména významné – snažíme se předávat je dále různými formami – v podobě knih, časopisů, internetových informací aj.…Za nenahraditelnou však pokládáme formu osobního kontaktu, formu příkladu…neboť „nikoliv vše v knihách psáno jest“. Úloha učitele – vychovatele – mistra – trenéra… je NEZASTUPITELNÁ!!!

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU Čas potřebný ke studiu je 12 hodin.

11

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK AI

Umělá inteligence

CCD

Zařízení s vázanými náboji

CPU

Central Processor Unit (Centrální procesorová jednotka)

GNSS

Globální družicový polohový systém

GPS

Globální polohovací systém

ISP

Internet services provider (Zprostředkovatel internetového připojení)

LCD

Liquid Crystal Display (Obrazovka z kapalných krystalů)

MSK

Medveděvova-Sponheuerova-Kárníkova stupnice

PD

Pumpe duse (vstřikování čerpadlo)

pH

Záporný dekadický logaritmus číselné hodnoty koncentrace vodíkových iontů v roztoku - power of hydrogen

12

Seznam symbolů a zkratek

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

KLÍČOVÁ SLOVA

RYCHLÝ NÁHLED V MODULU

CÍL

ÚKOLY K PROCVIČENÍ KONTROLNÍ OTÁZKA

ŘEŠENÍ

SHRNUTÍ KAPITOLY

13

ČÁST A Seznámení popularizátora vědy s tématem 1 TECHNOLOGIE OD DÁVNOVĚKU PO PRŮMYSLOVOU REVOLUCI Technologie (z Řeckého τέχνη, techne, "umění, dovednost, řemeslo"; a -λογο, -logos „věda“) je v současnosti chápána jako výroba, úprava, využívání a znalost nástrojů, strojů, techniky, řemesel, systémů a způsobů jejich organizace. Toto vše je využíváno k vyřešení problému nových, nebo ke zlepšení již existujících řešení problémů známých. Oblasti, ve kterých se problémy vyskytují, jsou rozličné, mluvíme o chemické technologii, strojní technologii, stavební technologii, výpočetní technologii, informační technologie, zdravotnické technologie, a tak podobně. Technologie slouží člověku jako mocný nástroj ke kontrole a přizpůsobování okolního prostředí. Počátky technologie se datují do doby, kdy člověk začal přeměňovat přírodní zdroje na jednoduché nástroje. Ovládnutí ohně zvětšilo dostupné zdroje potravy a vynález kola pomohl lidem v přepravě materiálu a cestování. Následný technologický vývoj počínaje knihtiskem, telefonem až po internet, zmenšil fyzické bariéry v komunikaci mezi lidmi a dovolil lidem svobodně komunikovat v globálním měřítku. Nicméně, ne všechny technologie byly použity pro mírové účely; vývoj zbraní se stále ničivější sílou pokročil v průběhu dějin od kyjů, oštěpů a luků, přes meče a šavle pušky a muškety až k sofistikovaným jaderným zbraním.

14

CÍL Po úspěšném a aktivním absolvování kapitoly Z předchozího textu lze vyčíst, že k soustavnému pokroku společnosti potřebujeme znát, co bylo až dosud zjištěno, co už „umíme“, abychom neobjevovali „už objevené“. Ten pohled do dávné minulosti nám jasně ukazuje objevy, které dnes bereme jako samozřejmost – papír, tkaniny, bronz, železo, porcelán aj…také některé výrobní postupy – ocel, kovy, dřevěné uhlí, konzervace potravin aj. …stavby… využívání léčivých rostlin… a tak bychom mohli pokračovat. Proto lze shrnout činnost našich pra- pra- pra- předků pod veledůležité konstatování

HISTORIA…MAGISTRA VITAE Historie … učitelka života Proto musí výzkumná činnost v kterémkoliv směru začínat důkladným vyčerpávajícím průzkumem všeho, co již bylo o daném jevu napsáno v kladném či záporném smyslu, protože i negativní výsledek je potřebný, ukazuje nám totiž, že onen „záporný“ směr nemá smysl…(perpetum Znalosti mobile)… Jinou stránkou ovšem jsou vyloženě průkopnické – světodějně významné objevy – léčiva, X-paprsky, lodní šroub… za nimiž stojí nezměrné úsilí velikánů vědy …Leonardo da Vinci…Koperník, Galileo Galilei, Lomonosov, Lavoisier, Mendělejev…Koch, Pasteur, Roentgen…Ressl, Newton, Watt, Kékulé ze Stradonic…. Sklodowska-Curie, Fermi, Fleming …Mendel, Křižík, Wichterle, Heyrovský…Jesenius, Janský…Holý a další a další… Ale patří sem i Kolumbus, Vasco da Gama, Magalhaes…Amundsen, Scott…Ciolkovskij…Gagarin, Armstrong…a další a další To je možná tisícina těch, kteří lidstvo obohatili a jejich přínos snad ani není dostatečně znám ani oceňován. To jsou ty poznatky, o které se musí lidská společnost opírat, ze kterých musí vycházet…

Vše podstatné již bylo řečeno. Onu dovednost tito lidé spojili s úsilím, s neutuchajícím přemýšlením, s tvůrčím zápalem…čtení životopisů těchto Dovednosti lidí je v mnohém poučné…

15

KLÍČOVÁ SLOVA Pravěk, osídlování, středověk, civilizace, zemědělství, potraviny, zdroje energie, počátek průmyslu

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU Zde pravděpodobně ani nepůjde o studium, spíše o to, abychom se seznámili s tím, co významného se v minulosti událo, abychom s úctou vzpomenuli na odkaz těch, kteří prošlapávali cestu k současnosti… Jevy v této kapitole nás mohou motivovat do té míry, že rádi a se zájmem sáhneme po jiných knihách, přibližujících světlé okamžiky minulosti do větší hloubky. Co ovšem MUSÍME? Musíme si osvojovat i cizí jazyky, protože ony potřebné nové informace nenajdeme jen v češtině!!!

16

1.1 Obecný historický přehled Dějiny představují „paměť lidstva“. Lze je chápat jako souhrn událostí, které se staly v určitém časovém sledu, a jako každý vývojový proces v přírodě a společnosti či přímo jako vývoj lidské společnosti. Dějiny lidstva se obvykle dělí na pět období: pravěk, starověk, středověk, novověk a období dějin nejnovějších, tzv. soudobých, sahajících až do současnosti.

Obrázek 1.1 Věstonická Venuše

Pravěk je tradiční označení období, ze kterého nepocházejí žádné písemné prameny, jde o období do vzniku písma. Používání písma umožnilo vznik a rozvoj infrastruktury a rozšiřování vědomostí, což výrazně ovlivnilo celý vývoj člověka. Jelikož písmo bylo vynalezeno na několika místech nezávisle na sobě, vedou se spory o to, která oblast byla kolébkou civilizace. Starověké civilizace vznikaly v blízkosti vodních toků. Kolem roku 3000 př. n. l. se zformovaly první městské státy v Mezopotámii (název znamená země mezi řekami Eufrat a Tigris), utvořil se centralizovaný stát v Egyptě, rozložený podél břehů Nilu, v dnešní Indii vznikla kultura poříčí Indu. Za konec starověku a začátek středověku se tradičně považuje pád Západořímské říše v roce 476, přechod středověku v novověk pak bývá nejčastěji symbolicky vymezován znovuobjevením Ameriky pro Evropany v roce 1492. Od 18. století se začaly velmi rychlým tempem hromadit znalosti a nové vynálezy v Evropě, což vlivem své rychlosti vyvolalo průmyslovou revoluci. 1.1.1 Člověk před civilizací Namísto chybějících písemných pramenů jsou zdrojem bližšího poznání v období pravěku prameny hmotné (archeologické) kultury. Pravěk zahrnuje období vzniku a vývoje člověka, lidské společnosti a kultury přibližně od 3 milionů let př. n. l. zhruba do 4. tisíciletí př. n. l. Podle způsobu získávání potravy se pravěk dělí na dvě etapy – období přisvojovacího (kořistnického) hospodářství, kdy byl člověk zcela závislý na okolní přírodě a věnoval se pouze sběru divoce rostoucích plodin a lovu zvěře a kdy neexistovalo zemědělství ani ochočená domácí zvířata, a období výrobního hospodářství, které začalo neolitickou revolucí a vyznačovalo se rozvojem prvotního zemědělství a pastevectví. Z lovců a sběračů se stali výrobci své potravy. Podle materiálů, které lidé používali k výrobě nástrojů, se pak pravěké dějiny dělí na dobu kamennou, bronzovou a železnou, z nichž každá má ještě své vnitřní členění. Doba kamenná

Obrázek 1.2 Hrot oštěpu

Paleolit (starší doba kamenná) je období v lidských dějinách nejstarší a vůbec nejdelší, datováno je přibližně lety 2.6 mil. – 10 000 př. n. l. Začalo v době, kdy Homo habilis začal používat nalezené předměty, zejména kameny, jako nástroje, a skončilo poslední dobou ledovou. Ve středním paleolitu se poprvé objevili lidé anatomicky podobní dnešním lidem. Během paleolitu se lidé začali shromažďovat do malých skupin. Byli to „lovci-sběrači“, živili sběrem jedlých rostlin a lovem divokých zvířat.

Lovena byla hlavně drobná zvířata, ryby, ptáci, ale i větší savci, jako koně, jeleni, lesní sloni, bizoni nebo jiní tuři. Sbírali především zrna různých druhů, která nacházeli na pastvinách, kde se pásla zvěř, kořínky a plody divoce rostoucích rostlin, dále pak vejce, hmyz a malé plazy.

17

Paleolitičtí lidé používali nástroje vyrobené z kamene. Některé byly využívány k drcení ulit nebo lebek zvířat či k mletí obilí na jiném kameni. Jiné byly uštípnuty od skály, aby měly ostré hrany, a mohly být použity jako hrot kopí nebo šípu. Některé kamenné nástroje byly pečlivě „vločkovité“ na okrajích, aby byly ostré, a měly symetrický tvar. Lidé v paleolitu používali také nástroje vyrobené ze dřeva a kostí. Lidé tehdy také věděli, jak rozdělat oheň. Sloužil jim nejen k tomu, aby se zahřáli, ale také k vaření a k ochraně před dravou zvěří. Mezolit (střední doba kamenná) představoval pokračování předchozího vývoje v nových přírodních podmínkách. V mezolitu se poprvé začalo objevovat odlesňování, nebylo však ještě tak rozsáhlé jako v neolitu, kdy byl potřeba větší prostor pro zemědělství. Používalo se mnoho nářadí vyrobeného z pazourku (mikrolity, rybářské náčiní, kamenné tesly) a ze dřeva (např. kánoe a luky). V neolitu (mladší době kamenné) došlo – v souvislosti se změnou klimatu v důsledku konce poslední doby ledové – k přechodu přisvojovacího hospodářství v hospodářství výrobní, produktivní. S tím souvisí velké změny ve společnosti. Lidé začínali žít usedlým způsobem života, rozvinulo se zemědělství, pastevectví a domestikace zvířat, jako byl pes, koza nebo vepř. Mluví se o tzv. první dělbě práce. Díky ní se zvýšila životní úroveň. Vyrostly nové osady s domy, které se stavěly z cihel ze sušené hlíny. V těchto osadách se upevnilo matriarchální rodové zřízení a rostl počet obyvatel, tak vznikly první větší vesnice – neolitická sídliště. Změnila se i strava lidí – jedli více obilovin a zeleniny, přebytky začali skladovat a příležitostně je vyměňovali za jiné zboží. Tyto změny jsou souhrnně označovany jako neolitická revoluce. Doba bronzová V době bronzové pokračoval vývoj započatý v neolitu. Postupně se Obrázek 1.3 Šperk doby bronzové rozvíjela řemeslná činnost spjatá s výrobou nástrojů, zbraní a ozdob, pokrokem bylo především rozšíření znalosti slévání mědi a cínu, jehož produktem byl nový materiál – bronz. Zprvu ještě primitivní směna surovin a výrobků se postupně vyvinula ve skutečný obchod, velmi žádaným obchodním artiklem byla měď, cín, drahé kovy, jantar a sůl. Další rozvoj společenské dělby práce vedl nejprve k upevnění patriarchálního rodového uspořádání společnosti, postupně však docházelo ke vzniku kmenových svazků a později svazků vytvářených na teritoriálním principu. Doba železná Obrázek 1.4 Kovové spony

Jako doba železná se označuje stádium ve vývoji lidstva, kdy člověk pro výrobu nástrojů a zbraní používal převážně železo. U mnoha společností je tato doba spojena rovněž se změnami v technikách zemědělství, v náboženství, či uměleckých technikách. Doba železná je po době kamenné a bronzové třetí v řadě systému označení pravěkých společností. Výroba železa má své počátky u kmene Chetitů v Malé Asii asi okolo 1500 př. n. l. Od nich se šířila na Balkán a v průběhu 7. - 6. století př. n. l. pronikla i do

18

střední Evropy. Za konec doby železné se považuje období nástupu helenismu a Římského impéria, popř. období raného středověku v severní Evropě. 1.1.2 Mesopotámská a Egyptská civilizace Sumerská říše byla první známá starověká civilizace. Sumerové převzali region Mezopotámie – Úrodný půlměsíc asi v roce 3300 př. n. l. Do roku 3000 př. n. l. bylo v Sumeru vystaveno mnoho měst, geograficky oddělených od Mezopotámie. Šlo o městské státy, které mezi sebou často bojovaly. V Sumeru bylo zemědělství soustředěno kolem řek Eufrat a Tigris. Přebytek potravin vedl k první dělbě práce. To znamená, že někteří lidé mohli přestat pěstovat plodiny a začít dělat jinou práci. Tento fakt s sebou přinesl rozdělení společnosti. Dnes se takové rozdělení nazývá sociální pyramida. Lidé jsou v jejím rámci seskupeni do společenských tříd na základě bohatství a moci. V Sumeru byl na vrcholu král, dále kněží a vládní úředníci. Pod nimi byli řemeslníci, obchodníci, zemědělci a rybáři. Ve spodní části pyramidy byli otroci, což byli často váleční zajatci, zločinci nebo lidé pracující na splacení dluhu.

Obrázek 1.4 Klínové písmo

Sumerové vymysleli první systém psaní na světě, dnes se mu říká klínové písmo a také vynalezli kolo, které jim ve formě povozu pomohlo dopravit zboží na větší vzdálenosti. Po Sumeru existovaly v oblasti Mezopotámie i další dvě velké civilizace, které se také rozvinuly kolem řek: Babyloňané a Asyřané. Obrázek 1.5 Egyptské pyramidy

Starověký Egypt se rozvinul kolem řeky Nil a byla to nejmocnější civilizace 2. tisíciletí před naším letopočtem. Měla pod kontrolou území od delty Nilu až po horu Jebel Barkal v dnešním Súdánu. Vznikla asi v roce 3500 př. n. l. a pravděpodobně zanikla v roce 30 př. n. l., kdy ji napadla Římská říše. Lidé ve starověkém Egyptě záviseli na rovnováze přírodních a lidských zdrojů, zejména na zavlažování v údolí Nilu. Egypťané jsou známí díky hieroglyfům, pyramidám a obecně hrobkám, chrámům a armádě. Existovaly zde významné rozdíly mezi společenskými třídami. Většina lidí se živila zemědělstvím, avšak jejich produkty jim nepatřily, byl to majetek státu, chrámu nebo rodiny, která vlastnila pozemky.

19

1.1.3 Řecko Obrázek 1.6 Řecký pantheon – Atény

Doba Starověkého Řecka byla velmi důležitým historickým obdobím. Většina lidí předpokládá, že se objevilo po Mínojské a Mykénské civilizaci a zaniklo poté, co jej v roce 146 př. n. l. napadli Římané. Řecká kultura měla velmi silný vliv na pozdější civilizace, především na Řím. Řecko se skládalo z mnoha městských států, řecky polis, z nichž nejdůležitější byly: Athény, Sparta, Korint a Théby. Z názvu polis pochází slovo politika (doslova znamená správa obce). Řecká města mezi sebou neměla mnoho kontaktů, protože ležela v horách nebo na ostrovech. Když město přestalo mít dostatek potravin, byli někteří občané vysláni, aby založili město nové – nazývalo se kolonie. V Řecku žilo mnoho umělců a filosofů, z nichž většina zůstává důležitá i pro dnešní filosofii. Z umělců je znám např. Homér, autor eposů Troja a Odyssea. Mezi známé filosofy patří Sókratés, Platón, Aristotelés, ze známých matematiků to byl např. Euklid, ze státníků Periklés nebo Alexandr Veliký. 1.1.4 Římská říše Antický Řím vznikl na území dnešní Itálie v 8. století př. n. l. Obrázek 1.7 Počátky Říma – Vlčice a Romulus a Rémus Civilizace trvala 12 století, skončila, když Mehmed II. dobyl Konstantinopol. Podle legendy byla římská civilizace založena dvojčaty Romulem a Remem v roce 753 př. n. l. Římská říše vznikla po punských válkách a po válce se Seleukovskou říší. Julius Caesar dobyl Galii (dnešní Francie). Augustus ukončil římskou republiku tím, že se prohlásil za císaře. V časech své největší síly obklopovala říše celé středozemní moře. Řím dosáhl takové velikosti, jelikož často válčil s jinými národy. Oficiálním jazykem říše byla latina, která poskytla základ pro vznik moderních románských jazyků Evropy, jako jsou např. italština, francouzština, španělština, portugalština, rumunština a další. 1.1.5 Ranný středověk Obrázek 1.8 Středověká zlatá mince

Středověk je obvykle ohraničen pádem Západořímské říše v roce 476 a pádem Konstantinopole roku 1453 případně objevením Ameriky Kryštofem Kolumbem roku 1492. V raném středověku dochází k šíření křesťanství v původních i nových civilizačních centrech, rozvíjí se románská kultura. Nastupuje proces teritoriální majetkové diferenciace i prohlubování kulturních rozdílů mezi evropskými teritorii. Rodové zřízení se rozpadá, ve Středomoří zaniká antická otrokářská společnost a vznikají samostatné raně feudální státy, ovlivněné románskou kulturou (např. francká říše). V této době byli nositeli veškerých znalostí katoličtí kněží a mniši, kteří jako jediní uměli číst a psát. Mniši studovali,

20

přepisovali a překládali knihy antických a arabských autorů. Mniši se často medicínou zabývali pouze teoreticky a také vyloučili z medicíny chirurgii. Obrázek 1.9 Středověká těžká zbroj

1.1.6 Pozdní středověk Přechodné období pozdního středověku znamenalo krizi středověké společnosti, odstranění vazeb izolující evropskou civilizaci od okolního světa. V jihovýchodní Evropě došlo k mohutné vojenské expanzi osmanské říše, zanikla byzantská říše a slovanské státy na Balkáně, pod stálou tureckou hrozbou byly Uhry i další státy střední Evropy. Ze západní Evropy se uskutečnily první zámořské objevy, vedené Portugalci, Španěly a později Holanďany a Angličany. Posílil vliv měšťanstva (např. v Zemích Koruny české byl zaveden titul tzv. erbovního měšťana), což mělo za následek úpadek středověké feudální společnosti. V severní Itálii se zformovala renesance a humanismus, na přelomu 15. a 16. století se již renesance šířila po celé Evropě. V důsledku vynálezu palných zbraní dochází k velkým změnám i ve vojenství, což navzdory vynálezu nové plátové zbroje snížilo důležitost rytířů těžkooděnců v bitvě. Díky silným dělům se začal vytrácet také význam tvrzí a hradů, neboť se jejich dobytí stalo mnohem jednodušším činem, a tyto byly proto přestavovány na toliko šlechtická sídla, spíše než na vojensky strategická místa. 1.1.7 Renesance Věda se začala rozvíjet z filosofie a postupně se oddělovala. Za doby renesance se začaly rozvíjet vědy jako: lékařství, chemie, astronomie nebo i politika. Významné osobnosti té doby jsou Leonardo da Vinci, Galileo Galilei, Mikuláš Koperník, Johannes Kepler nebo Tycho Brahe.

Obrázek 1.10 Leonardo da Vinci – Proporce lidské postavy

Mikuláš Koperník (1473-1543) polský astronom. Roku 1453 vyslovil ohromující teorii, že ve skutečnosti je středem vesmíru Slunce a Země i jiné planety obíhají kolem něj, což znamenalo velkou revoluci v astronomii. Galileo Galilei (1564-1642) italský astronom, filosof a fyzik. Podporoval Koperníkovu teorii a sám jí ověřoval. Zdokonalil dalekohled. Roku 1610 vydal knihu o měsíci, kde popisuje, že měsíc má krátery a že nesvítí, ale že vidíme jen odraz slunečního záření. Tycho de Brahe (1546-1601) dánský astronom, astrolog a alchymista. Je považován za nejlepšího a nejpřesnějšího pozorovatele hvězdné oblohy ještě před vynalezením Galileova dalekohledu. Jeho pozorování posloužilo při sestavení prvního moderního atlasu hvězd. Leonardo da Vinci (1452-1519) italský malíř, architekt, hudebník, vynálezce a konstruktér. Byl velmi všestranný renesanční člověk. Namaloval mnoho známých děl, jako Mona Lisa nebo Poslední večeře. Také navrhl mnoho strojů, které nesestrojil, ale začaly se používat později. (Auto, tank, letadlo, kulomet, ponorku, kalkulačku atd.)

21

Johannes Gutenberg (1400-1468) německý vynálezce, jež vynalezl knihtisk. V jeho knihtisku se odlévalo každé jednotlivé písmeno z kovu. Hotová písmena sestavoval do slov a řádků a montoval je v dřevěných rámech (do celých stran). Strany se pak tiskly v libovolném počtu pomocí ručního lisu. Tato technologie pomohla k rychlejšímu šíření Obrázek 1.11 13 Leonardo da Vinci – informací. Roku 1455 vytiskl první celou knihu-Bibli. Nazývala se Mona Lisa, Gutenbergova bible. Jeho bible má 1200 stran a její výroba trvala pravděpodobně několik let. V malbě se začíná užívat trojrozměrnost a perspektiva – malíři se naučili pracovat s prostorem a vyjadřovat jeho hloubku. Zvláštní a odlišnou roli od středověku hraje kresba. Jestliže ve středověkém malířství se užívala jen k určitému typologickému náčrtu budoucí malby tak v renesančním umění již slouží ke studiu skutečnosti pro vylepšení obrazu (typické jsou skicy vytvořené Leonardem da Vincim studující např. svalstvo a pohyb koně, rysy lidských tváří a vyjádření různých emocí). V architektuře se vedle kamene se začaly užívat v mnohem větší míře cihly, stavby se zpravidla omítají a zdobí štukem nebo mramorovým obkladem. Hojně se uplatňuje vnější sloupořadí, valená klenba a kupole a schodiště se stává samostatným architektonickým prvkem. Vzniká nový druh výzdoby spíše ploché fasády zvané sgrafita. Místo lomených oblouků nastupují kruhové a u oken a dveří převládají jednoduché obdélné tvary.

22

1.2

Potraviny

1.2.1 Domácí zvířata V počátcích civilizace bylo jediné dobré zvíře to mrtvé, které poskytovalo potravu a materiál k delšímu využití. Postupem času začal člověk zvířata krotit a postupně některé druhy ochočil k trvalému soužití. Zvířata poté sloužila nejen jako zdroj obživy (všechna), ale také jako zdroj síly (tur, kůň,…), k přepravě (tur, kůň,…), k ochraně obydlí (pes), jako zdroj technologicky zajímavého materiálu (maso, kůže, kost, mléko, srst, peří, trus, apod.). Za zmínku stojí, že domestikace zvířat předcházela rozvoji zemědělství. Následující tabulka ukazuje přibližnou dobu ochočení jednotlivých druhů dnes domácí zvěře. Tabulka 1.1 Přibližná doba ochočení dnes domácích zvířat

Druh

Doba

Místo

pes

před 33000

Euroasie

ovce

11000 až 9000 př. n. l.

Jihozápadní Asie

vepř

9000 př. n. l.

Blízský Východ, Čína, Německo

koza

8000 př. n. l.

Írán

skot

8000 př. n. l.

Indie, Střední Východ, Severnní Afrika

kočka

7500 př. n. l.

Kypr, blízský východ

kur

6000 př. n. l.

Indie, Jihovýchodní Asie

osel

5000 př. n. l.

Egypt

kachna

4000 př. n. l.

Čína

kůň

4000 př. n. l.

Euroasijské stepi

sob

3000 př. n. l.

Rusko

husa

3000 př. n. l.

Egypt

krocan

500 př. n. l.

Mexiko

králík

600 n. l.

Evropa

Zdroj: vlastní zpracování

1.2.2 Počátky zemědělství Zemědělství se začalo rozvíjet nejméně před 10 000 lety v rámci neolitické revoluce a od té doby prošlo významnými změnami. Místy, kde se poprvé plánovaně sely a sklízely plodiny, byly Mezopotámie (Úrodný půlměsíc na Blízkém východě), Egypt a Indie. Nezávisle na tom se vyskytly případy obdělávání půdy i v severní a jižní Číně, na Nové Guineyi a v některých částech Ameriky. Zemědělské postupy jako zavlažování, střídání plodin na pozemcích, hnojiva a pesticidy byl vymyšleny před dlouhou dobou, ale jejich rozvoj výrazně pokročil až v posledních letech. 23

1.2.3 Zavlažování Zavlažování je nahrazení nebo doplnění dešťových srážek vodou z jiného zdroje za účelem pěstování plodin nebo rostlin. Naproti tomu zemědělství, které Obrázek 1.12 Rýžové terasy na Filipínách

spočívá jen v přímých srážkách, je někdy označováno jako suché zemědělství. Samotné zavlažování souvisí s rozvojem zemědělství a pěstování tzv. kulturních plodin. Nejstarší zavlažovací systémy nalezneme v Peru a Bolívii, zemích úrodného půlměsíce, Nepálu, Indonésii či Afghánistánu. Pojí se vždy s vysokými kulturami daného území spojenými se stejným druhem obživy – zemědělstvím. Teprve později se rozvíjí závlahové hospodářství plošně i v subtropických a aridních oblastech, jako je Středozemí, Afrika, aridní oblasti Ameriky. Postupně se zavlažování šíří. Velkého rozvoje dosahují závlahy až v posledních sto letech. V zemích plánovaného hospodářství se závlahy zavádí v rámci intenzifikace zemědělství, v rozvojových zemích jako opatření proti chudobě a hladu. Zobrazeny jsou terasy pro pěstování rýže v čínském Yunan. Zavlažovací kanál je uměle člověkem vybudovaný vodní tok určený pro závlahu a tím i zúrodnění dříve zemědělsky nevyužitelné půdy. Výstavba zavlažovacích kanálů vedla k problémům překonání terénních nerovností. Důmyslným řešením byla stavba akvaduktů. Kanály se používají např. pro zavlažování bavlníkových plantáží a v některých oblastech spolu s příchodem zemědělství způsobily populační explozi. V současnosti je známo také jejich nezemědělské využití. Např. Turkmenistánu slouží zavlažovací kanály k zásobování průmyslovou vodou naftařské průmyslové oblasti na západě země. Důkazem, že zavlažování někdy nemá jen pozitivní účinek je velký odběr vody z řek Amudarja a Syrdarja ve střední Asii vedl k výraznému úbytku vody v Aralském jezeře.

1.3 Obdělávání půdy Dvoupolní systém Jde systém hospodaření s půdou, který je založen na rozdělení pole na 2 části, přičemž jedna se nechá ležet ladem (bez osetí obilovin nebo se zde pase dobytek) a druhá část se oseje. Jako nářadí zde převládá pluh a rádlo. Do zápřahu se používala také zvířata (osel, mezek či skot, koně méně často). Půda je bez vnějších dotací hnojiv (pouze pokud se na ní pase, je hnojena exkrementy zvířat). Produkce je většinou samozásobitelská, jen malá část končí na trhu. V oblastech se staví hliněné domy s rovnou střechou k uskladnění potravin (broskve, ořechy a další). Zemědělství je velmi primitivní, minimálně mechanizované. Například obilí se odděluje od plevy vhodem do větru a odnosem nejlehčích částí (zrna padají k zemi). Dnes se zachoval pouze na periferních oblastech Latinské Ameriky či Mexika, ve středověku běžně i ve středomoří. Trojpolní systém Představuje vylepšený způsob obdělávání půdy, který cca ve 13. století vytlačil tzv. dvoupolní systém, užívaný v raném středověku. Spočíval v rozdělení obdělávané půdy na 3 části. Jedna se osela 24

na jaře, druhá na podzim a třetí se nechala ladem. Příští rok se cyklus posunul tak, že jař se osela ozimem, ozim se nachal ladem (úhor) a úhor se osil jaří. 1.3.1 Příprava pokrmů a nápojů S poznáním ohně se výrazně změnily zvyky související s přípravou pokrmů. Ve velké míře se konzumovaly tepelně upravené potraviny. Technologické postupy, jako je vaření, opékání (dnes grilování), pečení, dušení a uzení přispěly významně ke zlepšení chuti potravin, pomohly potraviny déle uskladnit (uzení) a zvýšily míru stravovací hygieny. Víno Víno je alkoholický i nealkoholický nápoj typicky vznikající kvašením moštu z plodů vinné révy. Slovo víno, stejně jako názvy vína v mnoha dalších jazycích, pochází z latinského názvu vína vinum. Nejstarší doklady o konzumaci hroznů jsou staré 14 000 let a pocházejí z oblasti Ženevského jezera. Předpokládá se dokonce, že už v této době pili lidé zkvašenou šťávu. Důkazy o tom máme ale až z doby o dost mladší. Asi před 8 000 lety se už určitě hrozny cíleně pěstovaly v Zakavkazsku a Mezopotámii, před 7 000 lety pak v Íránu prokazatelně vyráběli víno. Ze starověkého Sumeru, z doby před 5 550 lety máme doklady o obchodu s vínem. S oblastí Mezopotámie obchodoval i starověký Egypt, kde je víno doloženo 2 700 let př. n. l. Víme, že Egypťané uzavírali nádoby na víno keramickými zátkami, opatřovali pečetěmi s hieroglyfy, jakýmisi nejstaršími etiketami. Četné malby umožňují rekonstruovat tehdejší postupy při výrobě. Zdá se, že byly dosti podobné těm, které se ještě poměrně nedávno používaly v některých částech Španělska. Tehdejší vína měla asi vysoký podíl alkoholu a zřejmě i dosti dlouhou trvanlivost. Staří Řekové pak výrobu i konzumaci vína pozdvihli na úroveň umění. Víno bylo pramenem inspirace pro básníky, výtvarné umělce i filosofy. Vedle vlastních kvalitních vín znali Řekové dobře i dovážená vína z Egypta či Fénicie. Pití vína bylo společenskou záležitostí, při níž se ale vždy míchalo s vodou. Tento způsob byl běžný i u Římanů. Ti pěstovali například Tramín červený. Kvalitnější římská vína měla až neuvěřitelnou trvanlivost. Byla chráněna korkovými zátkami, utěsněnými voskem a pryskyřicí. Ta nejoceňovanější pocházela z Falerna. Opravdovým "superročníkem" byl prý rok 121 př. n. l. Vína z něho se prý dala pít ještě za 200 let! Římané se zasloužili o rozšíření révy vinné a vinařství prakticky do všech oblastí, do kterých pronikli. Výroba vína má několik důležitých kroků, které jsou pro zdárný výsledek nutné: Sběr hroznů Základní surovinou pro výrobu vína je čerstvý révový hrozen. Sběr hroznů probíhá na našich vinicích od konce srpna (u raných odrůd) zhruba do konce listopadu (pozdní odrůdy). Kvalita hroznů v okamžiku jejich sklizně představuje maximální potenciál vína, které z nich může být vyrobeno. Pak už záleží na každém vinaři, jakou část tohoto potenciálu dokáže do vína přenést. Pomocí dnešních technologií lze kdekoli, kde se pěstují kvalitní hrozny, vyrobit také kvalitní víno. Pokud se tak neděje, je to obvykle z důvodu kombinace nadměrných výnosů a nedokonalé výroby, dané špatnou technologií a vybavením nebo nedostatečnými znalostmi, anebo obojím. Odzrnění Dalším důležitým krokem po sklizni je oddělení třapin od bobulí. Tento proces se musí také provádět velice šetrně, protože v případě porušení jadérek v bobuli by se do vína dostaly nežádoucí hořké 25

látky a proces výroby by byl už ve svém počátku pokažen. Takto upravené bobule s více či méně narušenou slupkou se nazývá rmut. Lisování Rmut se poté lisuje. U červených vín se nechává prokvášet několik dní: 7-10 dní u lehčích vín a až 30 dní u těžších, plnějších vín. Během kvašení se do vína uvolňují ze slupek třísloviny a barviva. Optimální teplota tohoto procesu je kolem 29 stupňů Celsia. Pro maximální extrakci barevných pigmentů se musí tzv. rmutový klobouk ponořovat stále do moštu. U bílých vín se může rmut lisovat téměř okamžitě, ale několik hodin se také nechává ve styku se slupkami, aby se do moštu uvolnilo větší množství aromatických látek. Kvašení (fermentace) Je biochemický proces, při kterém se z hroznového cukru díky kvasinkám a jejich enzymům stává alkohol a oxid uhličitý. Chemický vzorec tohoto procesu je tento: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 Cukr → Alkohol + Oxid uhličitý + teplo Teplo a oxid uhličitý uniká do prostoru. Proces ustává, když se zásoby cukru vyčerpají nebo když úroveň alkoholu dosáhne stupně, který je pro enzymy kvasinek toxická. Nebo může být fermentace zastavena uměle, pomocí několika různých metod: teplo, oxid siřičitý, odstředivá filtrace, alkohol, tlak nebo oxid uhličitý. Jablečno - mléčná fermentace Je biochemický proces, při kterém se mění kyselina jablečná na kyselinu mléčnou a oxid uhličitý. Provádí se proto, aby se změnila ostrá chuť kyseliny jablečné na daleko měkčí chuť kyseliny mléčné. Používá se zejména při výrobě červených vín a plnějších, bohatších a komplexnějších vín bílých. Aby toto kvašení proběhlo, je nezbytná přítomnost bakterií mléčného kvašení. Ty se přirozeně nacházejí na slupkách hroznů spolu s kvasinkami a jinými mikroorganismy nebo se do vína přidávají. Pro splnění své úlohy potřebují prostředí s určitou teplotou, nízký obsah síry, pH v rozmezí 3-4 a dodávku živin z hroznů. Školení vína Další fází výroby vína je jeho školení. Nazývá se tak soubor operací, které provádí sklepmistr od lisování až po lahvování vína, a které mají za cíl zvyšování jeho kvality. Jsou to zejména: Čiření Čiření (krášlení) je jeden z technologických procesů, při kterém jsou pomocí přírodních čiřidel různé nečistoty nacházející se ve víně stlačovány ke dnu (sedimentace) nádoby. Při stáčení vína zůstávají všechny nečistoty a nežádoucí látky v nádobě a jsou následně odstraněny. Princip shlukování nečistot kolem čiřidla spočívá v opačném elektrickém náboji částic. K tomuto účelu se používají například bentonit se záporným nábojem, tanin také záporný, želatina a šlehaný vaječný bílek s kladným nábojem, atd.

26

Filtrace Filtrace vína je proces, jehož cílem je zbavit víno pevných částí. Je to operace, při které se oddělují zákalové částice od vína při průtoku pórovitou vrstvou filtračního materiálu. V sklepním hospodářství se používají dva typy filtrace náplavová, kdy se na kovová síta naplaví filtrační materiál (většinou křemelina) a přes ně se pak filtruje víno. Pivo Pivo je nedokvašený alkoholický nápoj hořké chuti s významným obsahem vitamínů B. Princip přípravy je po staletí stejný, ale postupně se významně zdokonalovaly jednotlivé technologické kroky a zařízení. Primitivní přípravu piva postupně nahradila řemeslná výroba a v polovině 19. století průmyslová výroba. První zmínky o pivě jsou zaznamenány z Mezopotámie z doby okolo 7000 let př. n. l. Piva se rozdělovala na výčepní (do 10°), ležáky (11–12.5°) a piva speciální (nad 12.5°). Toto dělení prošlo změnou a nyní jsou základními skupinami světlá, polotmavá, tmavá a řezaná piva s různými podskupinami. Dále se piva dělí podle způsobu kvašení na:    

Svrchně kvašená piva - Ale, Pšeničné pivo, Stout, Porter, Trappist Spodně kvašená piva (Ležáky) - Pilsner, Bock, Märzen, Piva bavorského typu Spontánně kvašená piva - Lambik, Gueuze, Kriek, Frambozen, Faro Nealkoholická piva

Výroba piva Principem výroby piva jako alkoholického nápoje z obilí jsou dva procesy. Za prvé je to rozštěpení v obilných zrnech přítomných složitých cukrů (škrobu) na jednoduché zkvasitelné cukry. Za druhé je to následné zkvašení těchto jednoduchých cukrů pomocí kultury mikroorganismů (zejména kvasinek). Nedílnou součástí výrobního procesu je smíchání surovin s vodou a tím převedení využitelných látek do vodného roztoku. Základem pro výrobu piva je slad. Ten vzniká ve sladovně naklíčením obilných zrn a jejich šetrným usušením za určité teploty v závislosti na druhu sladu. Následuje přesun suroviny do pivovaru. Vystírání a rmutování V začátku samotné výroby piva se slad šrotuje (rozemele) a smísí se s vodou. V této směsi se za zvyšující se teploty vlivem enzymů štěpí v zrně obsažený škrob na zkvasitelné cukry, které přecházejí do roztoku. Tato procedura je prováděna v provozu nazývaném varna. V závislosti na zemi původu se využívají rozdílné metody. Na Britských ostrovech je oblíbená metoda spařování, která je velmi podobná přípravě čaje. Během jedné až tří hodin je slad vystavován teplotě okolo 65 – 68 °C. V kontinentální Evropě oproti tomu převládá tzv. dekokční proces, který je proti spařování složitější procedurou. (Jeho výsledkem je roztok, ve kterém došlo k důslednějším přeměnám škrobu na cukry a štěpení bílkovin. Proces je založen na přečerpání části várky z vystírací kádě do zvláštní nádoby rmutovacího kotle (pánve), kde je tato část uvedena do varu a dojde v ní k narušení škrobnatých útvarů, což umožňuje lepší přístup enzymů k molekulám škrobu po opětovném smíchání s chladnější částí. Začíná se zpravidla na teplotě 35 °C. Postupným zvyšováním teploty se dosáhne až maximální teploty okolo 76 °C. Při rmutování (klasickém i dekokčním) se zařazují

27

prodlevy při jednotlivých teplotách (cukrotvorná, bílkovinoštěpná atd., kvůli enzymatickým procesům – např. enzymů alfa a beta amyláza). Scezování Výsledkem obou metod je rmut, který je přečerpán do tak zvané „scezovací kádě“. V počáteční fázi scezování vytvoří hrubé částice - většinou obaly zrn tzv. pluchy filtrační vrstvu zvanou mláto, kterou opouští čirá sladina. Zbylé využitelné podíly, zachycené v mlátě, se vymývají skrápěním či promýváním vrstvy mláta teplou vodou. Vzniká sladká tekutina zvaná sladina, která vzniká filtrováním (scezováním) na nebo v moderním zařízení zvaném „sladinový filtr“. Chmelovar Chmelovar je proces, kdy je sladina uvedena do varu po dobu 60–90 minut. V této době je do vznikajícího piva dodávána důležitá surovina pro získání chuti - chmel. Chmel se v závislosti na druhu piva a preferencích sládka může přidávat jak v přírodní formě šišek, tak i lisovaný, či v podobě tekutého extraktu. Chmel se může do vařeného piva přidávat vícekrát než jednou a to až třikrát. Platí obecné pravidlo, že čím dříve je chmel do piva přidán, tím hořčí chuť pivo bude mít. Smícháním roztoku s chmelem vzniká mladina. Dále dochází při chmelovaru vlivem hořkých látek (pryskyřic a kyselin) k vysrážení tzv. klků, tedy chuchvalců bílkovin a chmelových zbytků. Mladina se poté přečerpává do odkalovacího zařízení (dříve tzv. štoky, nyní například vířivá káď, kde dojde k odstranění chmelových zbytků a klků před zchlazením a kvašením. Čaj Čaj se připravuje jako vodný výluh sušených listů čajovníku. Přirozeně čajovník rostl v jihovýchodní Asii při hranicích Číny a Indie. Jako kulturní rostlina se pěstuje na mnoha místech s příhodnými podmínkami, mezi známé čaj produkující země patří Indie, Pákistán, Írán, Srí Lanka, Čínská republika, Japonsko, Indonésie, Nepál, Austrálie, Argentina a Keňa. Nejlépe se mu daří v monzunovém klimatu v subtropickém a tropickém pásu, roste na kyselých půdách, od hladiny moře až po nadmořské výšky kolem 2500 m. Listy čajovníku jsou dlouhé od tří do pětadvaceti centimetrů a Obrázek 1.13 Proces pražení kávy většinou sbírají několikrát do roka, v některých oblastech prakticky celý rok. Lístky se sbírají podle takzvaných sběrových formulí, které určují, kterou část výhonku uštípnout. Obvykle jsou cennější mladší menší lístky u špičky výhonku a pupen. Čaj obsahuje alkaloidy (kofein, theofylin a theobromin), které příznivě působí mimo jiná na stimulaci nervové soustavy. V Evropě se původně pil čaj pouze jako lék. V průběhu let dovedli pití čaje téměř k dokonalosti Angličané. Káva Káva je obvykle horký nápoj z plodů kávovníku. Označuje také prášek, který se k výrobě nápoje používá. Ten se získává mletím pražených semen kávovníku.

28

Podle středověké legendy může za objev kávy etiopská koza, která po okusování plodu z podivného keře oplývala nečekaným množstvím energie. Pasáček plody odnesl svatému muži, který ale jejich používání zakázal. Změny stavu vědomí byly pro islám velký problém. Rozhněvaný světec hodil bobulky do ohně. Ale z krbu vyšla tak nádherná vůně, že jí nešlo odolat … Od té doby se prý káva praží. Pravděpodobnější počátky úpravy kávy se přičítají náhodnému přirozenému jevu, kdy kávovníkové keře i s plody podlehly požáru. Charakteristické vlastnosti – nádherné aroma, jemnou kávovou vůni a různé odstíny hnědé barvy – totiž nabývá káva teprve pražením. Procesu pražení většinou předchází kombinace jednotlivých sort kávových zrn, jež na konci vytvoří značkovou kávovou směs, která pak určuje její cenu. Kávové směsi se dnes připravují podle spotřebitelských zvyklostí v jednotlivých uživatelských oblastech. V těchto směsích dochází k vybalancování chuťových a aromatických komponent tak, že výsledkem je trvalý nezaměnitelný vjem při pití každého šálku kávy. Při samotném pražení se uplatňuje koloběh horkého vzduchu, kterému jsou stále promíchávaná zrna vystavena. Tím dochází ke stejnoměrnému opražení všech zrn. Velikost a tvar zrna jsou důležitými elementy, jež je nutno vzít v úvahu při pražení kávy. Velká zrna vyžadují větší opatrnost při pražení než malá zrna (peaberry). Jsou totiž jemnější a mohla by se snadno spálit. Přepražená káva má tmavší barvu, zatímco méně pražená je světlejší. Zlomovou teplotou při pražení kávy je 203-205°C. Při této teplotě probíhá pyrolýza, což je chemický proces, při kterém dochází k degradaci tuků a karbohydrátů v kávovém zrnu a vytváří se delikátní oleje a uvolňují se plynné látky. Po vyjmutí z pražicí pece se kávová zrna rychle ochlazují, aby nedošlo k výraznější ztrátě éterických olejů. Jemné svěží aroma je u čerstvě pražené kávy překryto fenolovými látkami, které se tvoří při pražení a teprve po třech až pěti dnech se jemné kávové aroma vyrovnává. Důležitým faktorem ovlivňujícím pražení je přítomnost vody a rozpustných látek v kávovém zrnu. Délkou a intensitou pražení se obsah těchto látek zmenšuje a na konci pražení ztrácí káva cca 15-20% hmotnosti (propražek). Za to však nabývá na objemu až 40% (vznik plynných látek). V západní Evropě byla káva rozšířená teprve v 17 století. 1.3.2 Rybolov První zmínky o rybolovu byly archeology zaznamenány z doby přibližně 40 000 Obrázek 1.14 př. n. l. v oblasti Jižní Asie. Tamní rybáři byli vybaveni primitivními harpunami. Rybářský háček vyrobený z kosti Postupem času se techniky zdokonalovaly, objevil se lov na návnadu, kdy se háčky nejprve vyráběly z kostí a později z kovu. Místo dnes běžného vlasce sloužily šlachy, nebo žíly ulovené zvěře, později také navazované žíně. Rybolov hrál důležitou roli v potravinovém systému zejména v přímořských oblastech, kde pravidelný přísun plodů moře byl z hlediska potravní rozmanitosti nezastupitelný. V e své době byla technika rybolovu nejlépe rozvinutá v Egyptě a v Řecku. Dříve se ryby lovily jen pro osobní spotřebu. S postupem času a vylepšováním technik lovu se začalo s rybami obchodovat. To vedlo ke vzniku rybářského řemesla. Rybář pak lovil ryby výhradně kvůli „komerčním“ účelům. S rozvojem lodí a mořeplavby se rybáři pouštěli do stále větších vzdáleností od pobřeží. K rybolovu pak využívali vlečné sítě (1416) a další prostředky, které výrazně zvýšila efektivitu rybolovu. Rybolov se rozšířil i do vnitrozemských oblastí, kde se s úspěchem lovily sladkovodní ryby. Ve 14. století začalo ve vnitrozemí období budování rybníků, tj, umělých nádrží určených pro chov sladkovodních ryb. Tradice a řemeslo rybnikářství se udržuje dodnes. 29

1.3.3 Důsledky zeměpisných objevů Počátky globalizace země lze s trochou nadsázky datovat do let navázání kontaktů s východními říšemi (Marco Polo 1255-1269) a znovu objevení Ameriky (1492 Kryštof Kolumbus). Tyto události významně napomohly k šíření kulturních zvyklostí, mezi něž stravovací návyky patří, do Evropy. Rozvinul se obchod s asijským kořením, byly Obrázek 1.15 Vlajková loď Santa Maria poznány nové plodiny (rýže (Asie), kukuřice (Střední Amerika), brambory (Jižní Amerika), rajčata (Jižní a Střední Amerika), paprika (Jižní Amerika) a tak podobně). Cukrová třtina a káva byly dvě zásadní komodity, kvůli jejichž pěstování a zpracování se začali přivážet otroci z Afriky do Ameriky. Ze surového třtinového cukru se rozpouštěním v horké vodě připravoval hustý sirup. Horký roztok se pak filtroval přes plátno a nechal chladnout v keramických formách. Při ochlazení krystalizoval čistý cukr v tehdy typickém tvaru bochníku. Horký roztok cukru sloužil také jako základ pro přípravu bílého rumu. Další typickou a dnes velmi rozšířenou komoditou z Nového světa byl tabák. Obrázek 1.15:Italský mořeplavec Kryštof Kolumbus (1451 - 1506) objevitel Ameriky - Na snímku vlajková loď Santa Maria, s níž podnikl objevitelskou cestu k americkým břehům. Historizující kresba je nového data, přesnou podobu lodi není dnes již možné určit. V pravém horním rohu je kresba kompasu ze 14. Století.

1.4

Technologie domácích potřeb

1.4.1 Počátky hrnčířství Hrnčířství je řemeslná rukodělná výroba jemné keramiky, zejména nádob, z plastické hlíny, která po vypálení dává pevný a trvanlivý střep. Je to jedna z nejstarších lidských technologií a různě zdobené hrnčířské výrobky mají velký význam pro archeologii. V poslední době hrnčířské užitkové výrobky nahradil v bohatších společnostech nejprve porcelán a později umělé hmoty, takže hrnčířství se stává spíše uměleckým řemeslem. Hrnčíř zpracovává speciální hlínu, směs hlinitokřemičitého jílu, písku jako ostřiva a vody. První se vyráběly navíjením tenkého válečku hlíny; výsledná nádoba se pak ještě uhladila. Už v 6. až 4. tisíciletí př. n. l. však v Mezopotámii objevili hrnčířský kruh, otočnou desku, kterou roztáčí pomocník, hrčíř sám nohama, anebo dnes elektromotor. Na kruhu se dají vyrábět dokonale rotační tvary, většinou vytahováním z okrouhlého koláče hlíny rukama. Vytočený tvar se pak ještě dotváří o nerotační prvky jako je hubička nebo vytlačované ozdoby, případně se přilepí ucho. Vytvarovaný výrobek se nejprve na vzduchu suší a pak vypaluje při teplotách mezi 1100-1300°C, kdy se materiál ještě netaví, ale sline. Nejstarší způsob vypalování je v otevřeném ohni, kdy se výrobky prostě obklopí dřevem, které se zapálí. Velmi dávno se však začaly užívat různé pece, které šetří palivo a umožňují dosahovat vyšší teplotu. Podle toho, zda je v peci spíše oxidační nebo redukční atmosféra, budou mít výrobky spíše červenavou anebo černou barvu. Tradičně se užívaly dva druhy pecí, horizontální a vertikální, případně i pece s více komorami na sušení, pálení a glazování.

30

Vyspělejší hrnčířství užívá rozmanité techniky zdobení, jednak plastického (vtlačování, vyrývání, přilepování), jednak povrchového malování. Také zdobení se může dělat na kruhu – tak vznikají pravidelné kruhy a vlnovky na povrchu hrnců, džbánů, misek a talířů. Povrchová výzdoba se může vytvářet před vypálením, obvykle se však na vypálený střep nanášejí různé polevy (glazury) a vypalují podruhé při nižší teplotě. V průběhu staletí nastřádali hrnčíři bohaté zkušenosti a vynalezli velké množství různých technik a glazur, zejména olovnatých nebo alkalických. Polévaná keramika je dokonale nepropustná, lépe se umývá a déle vydrží. 1.4.2 Počátky používání textilu První výrobky, které měly charakter textilu, byly vyrobeny z materiálů, které se snadno proplétaly. Šlo o rohože, provazy a koši či jiné tvary z proutí, rákosu, kůže, stébel tráv, případně větších listů. První textil v pravém slova smyslu se datuje do doby přibližně 3000 př. n. l. do oblasti blízkého východu kde se vyráběl ze lnu. Len byl pěstován nejen jako surovina pro výrobu plátna ale také kvůli oleji lisovanému z jeho semen. V období přibližně do roku 500 př. n. l. se postupně objevila bavlna (Indie), hedvábí (Dálný Východ) a vlna (Mezopotámie). Aby se z přírodních materiálů vytvořila dostatečně dlouhá vlákna, nutná pro výrobu plátna byly materiály nejprve spřádány. Poté z nich bylo na primitivních tkalcovských osnovách vyráběno plátno. Tabulka 1.2 Technologie v průběhu let

Doba

Technologie

Místo

30 000 př. n. l.

lněné šicí nitě

jeskyně Dzudzuana v Gruzínsku

25 000 př. n. l.

plošné textilie zhotovené negativní otisky na pálené hlíně v “předtkalcovskou” technikou Dolních Věstonicích

15 000 př. n. l.

šňůry

karbonizované zbytky v Lascaux, Francie

10 000 př. n. l.

lněná tkanina

Jižní Amerika

6500 př. n. l.

zbytky textilie vytvořených jeskyně Nehal Hemar, Izrael technikou, která byla používána před vynálezem předení nepřerušované příze.

2000 př. n. l.

barvení Indigem

Egypt

200 př. n. l.-200 pletenina

Peru

200

štočkový tisk na hedvábí

Čína

1000

ponožky pletené z předené bavlny

Egypt

Zdroj: vlastní zpracování

31

1.4.3 Slonovina, dřevo, kůže Slonovina je jako materiál velmi tvrdá, hutná a pružná, barvu má bílou, později mírně žloutne. Poskytuje ji zejména slon indický a slon africký. Slonovina sloužila především jako materiál vhodný k výrobě ozdobných předmětů, šperků, figurek, knoflíků a podobně. Používala se již ve starší době kamenné. Dřevo se jako materiál, když pomineme jeho používání k udržování ohně, používalo především ke stavbě konstrukcí obydlí, k výrobě nábytku, ke stavbě lodí a podobně. Vědomé využívání dřeva a slonoviny se datuje zhruba do stejné doby. Kůže byla nejčastěji využívaná jako materiál k výrobě obuvi. Výjimku tvořily odolné oděvy později oděvy do chladného počasí. Výrobky z kůže bývaly na Velké Moravě velice rozšířeny, což se ale neodráží v archeologických pramenech. Organické materiály mají mizivou šanci na dochování a kožené výrobky patří mezi ty, které se nedochovaly téměř vůbec. Velkomoravské fragmenty kůže známe jen z korozních vrstev kovů, kde byly konzervovány. Činění kůží poměrně primitivními způsoby bylo známo už v hlubokém pravěku. Tyto postupy se postupem času zdokonalovaly. Odpradávna byly vyráběny kožešiny (s chlupem) a usně (zbavené srsti). Specializované koželužské cechy nacházíme u nás až ve 14. století, do té doby bývaly výroba většinou spojena s dalším zpracováním kůží. Činění usně Nejprve bylo potřeba staženou kůži z rubové strany zbavit zbytků vaziva, masa a tuku. Poté se kůže zbavovala srsti. Buď oškrabáním nožem, nebo za pomoci vápna. Samotné činění probíhalo v činících jamách. Tam byly kůže posypány solí a naskládány na sebe. Proložily se kůrou obsahující velké množství tříslovin (dubová aj. kůra). Jáma se zaplavila vodou a zakryla, postupem času se z kůry vylouhovaly třísloviny a rozpustila sůl. Celé činění trvalo několik měsíců až tři roky. Po vyjmutí z činící jámy byly usně natřeny živočišným tukem, následně se ještě vlhké a vláčné zpracovávaly na hobze - železném nástroji tvaru půlměsíce. Díky tomuto zpracování kůže neztvrdla a zůstávala měkká a vláčná. Konečnou úpravou některých usní bylo několikanásobné natírání krví. Useň tak získala hnědou, mírně lesklou povrchovou úpravu. Tento postup se udržel v některých malých továrnách až do doby nedávné. 1.4.4 Kožedělství Tradičním hlavním materiálem na výrobu bot v evropské kultuře byla zejména kůže, proto byl výkon ševcovského řemesla často spojen obecněji se zpracováním kůže, například se sedlářstvím, brašnářstvím a dalšími kožedělnými řemesly. Povolání ševce patří mezi tradiční řemesla, ševci se například hojně vyskytují také v lidových pohádkách. Mezi speciální ševcovské potřeby patří ševcovské kopyto, šídlo, verpánek i speciální nitě dratev. Obuv Jediným nálezem velkomoravské obuvi je fragment, který se dochoval v korozní vrstvě ostruhy v jednom z mikulčických hrobů. Fragment ale není dostatečně veliký na jakoukoli rekonstrukci původního vzhledu obuvi. Celou botu (ovšem z 10. - 11. století) máme z Prostějova. Z jiných slovanských lokalit však boty známe (Opole, Novgorod, Stará Ladoga aj.). Velkomoravská obuv se 32

od této snad nijak zásadně nelišila. Dalšími možnostmi při rekonstrukci vzhledu velkomoravské obuvi nám skýtají různá vyobrazení ze šperků (hlavně rytiny na opaskových nákončích. Zobrazení zachycují jak obuv nízkou, tak i vysokou - asi jezdeckou. Opasky, brašny, váčky Součástí oblečení byly i opasky. Fragmenty kožených řemenů se někdy dochovají v korozních vrstvách přezek či jiných kovových předmětů. Brašna, nebo váček bývala zavěšena na opasku a plnila funkci kapes, které tehdejší oblečení postrádalo. Z pohřebiště ve Starém Městě z polohy Na Valách máme dokonce dvě kování k zapínání brašny (tašvice). Jejich původní podobu můžeme ale jen odhadovat. Sedla, koňské postroje Ve své době již poměrně specializovaným odvětvím zpracování byla výroba sedel a koňských postrojů. Sedla máme přímo doložena písemně, jejich přesnou podobu však neznáme. Roku 871 český oddíl doprovázející Svatoplukovu nevěstu při cestě na Moravu byl přepaden Němci, kteří ukořistili 644 sedel a uzd. Vyobrazení koňských postrojů a sedel známe z franských iluminací. Zbroje Součástí kožedělné produkce byly jistě i jednoduché zbroje. Jejich podobu opět neznáme. Kožená zbroj mohla být vytvrzena vařením a voskováním, čímž získala značnou odolnost. Pergamen Výroba pergamenu úzce souvisí s církevním prostředím a jeho produkce se váže většinou na klášterní dílny. Kožešiny Kožešiny bývaly používány k výrobě kabátů, zateplení oděvu a v případě nobility jeho zdobení. Kapitulárie Karla Velikého stanovují, že "jen šlechta smí oblékat šat, na němž je použito kožešiny rysa, popelky, sobola kuny a hranostaje, příslušníci nižších společenských vrstev smějí použít jen kožešiny medvěda, ovce a tchoře". Můžeme si tak udělat obrázek jaké kožešiny se používaly v sousední franské říši. V našich zemích to bylo zřejmě obdobné. 1.4.5 Sklo Sklářství je staré výrobní odvětví známé již od starověku. O jeho vzniku se vedou diskuse, některé zdroje uvádějí Číňany, Féničany, Indy anebo Židy. Nejpravděpodobnější je, že sklo bylo objeveno současně na mnoha místech. Skla těch dob neměla zdaleka dnešní podobu a byla barevná nebo černá. V anglickém Oxfordu se nacházejí skla z dob první egyptské dynastie (3300 př. n. l.). V Britském muzeu je uložen amulet faraona Antefa IV. (2100 př. n. l.). Nálezy lahví a sklenic z roku 1900 př. n. l. ukazují, že se už v této době používaly k foukání skla sklářské píšťaly. Za dobu velkého rozkvětu ve výrobě skla je považován středověk, a to benátskými zrcadly, která jsou dodnes známým pojmem. Za první známou továrnu na výrobu skla je považována francouzská továrna, která začala v roce 1688 s výrobou litého plochého zrcadlového skla. První počátky českého skla spadají přibližně do 11. století našeho letopočtu. Velký rozmach českého sklářství nastal v 17. století, a to za císaře Rudolfa II. Čechy se v té době stávají střediskem 33

sklářských umělců. Jednou z velkých sklářských oblastí je Českomoravská vrchovina a Jihlavsko. Sklářské hutě vznikaly převážně v okolí hlubokých bukových lesů, jelikož bukové dřevo bylo v pecích při tavení skloviny dlouho jediným topivem. Později se sklářské hutě stavěly v okolí uhelných pánví. Bukové dřevo nesloužilo jen jako topivo (vyráběl se z něj i generátorový plyn), ale také se z něho vyráběly formy, do kterých se sklo foukalo. V 18. století se v Českých zemích rozvíjela výroba broušeného neboli křišťálového skla. České sklo se v 18. století stalo sklem světovým a to svou naprostou bezbarvostí a leskem, jímž úspěšně soutěžilo se sklem benátským. Vzkvétala také výroba tabulového skla a výroba umělých drahokamů a perel. Příprava skelné směsi Skelná směs se skládá z kyseliny (křemičité nebo borité) a také nejméně ze dvou zásad, z níž jedna je alkalická (oxid draselný nebo oxid sodný) a druhou je zemina a to oxid vápenatý (křída, vápenitý pískovec nebo přirozený pískovec) nebo také oxidy kovů (např. hlinitý, olovnatý nebo zinečnatý). Směs, která je takto důkladně umleta a promíchána, se nazývá sklářský kmen. Příprava skelné směsi vzniká tavením kyselých látek a zásad. Vznikají různé chemické pochody a změny. Kvalitu skla určuje nejen kvalita těchto látek a jiných příměsí, ale také vzájemného poměru. Kyselina křemičitá se používá ve formě křemene a písku. Nejlepší pro přípravu skelné směsi je použití jemného sklářského písku o velikosti zrn do 0,5 milimetrů a s minimální příměsi železa, které barví sklo do hnědočervena. Poté se přimíchá zemina a alkalické zásada. Skelnou hmotu je nutno odbarvit, zakalovat, ale také zabarvovat použitím různých sloučenin podle toho, k jakému účelu je určena. Proces výroby skla Sklo vzniká ve sklářských pecích tavením. Sklo se taví při teplotě 1450 až 1550 °C, boritokřemičité sklo typu 3.3 při teplotě až 1630 °C a křemenné sklo okolo 2000 °C. Tavení sklářského kmene má tři období: 

 

roztavení – sklářský kmen se dokonale roztaví ve sklářské peci. Roztavené sklo je tuhé, nestejnorodé, neprůhledné a s bublinkami, které se musí odstranit zvýšením teploty a přidáním různých čeřidel. čeření – hmota se dál mísí, bublinky unikají a sklo se tak stává průhlednějším a řidším. Vyčeřené sklo je velmi řídké. sejití – ochlazení skla. Po dokonalém čeření a sejití se sklo teprve dále zpracovává.

1.5

Výroba a zpracování kovů

1.5.1 První použití kovů Pravděpodobně prvním kovem, s nímž se lidstvo setkalo, bylo zlato (před 6000 - 5 000 let př. n. l.), ať už dobýváním nebo z náplaveb řek. Lidé je zpracovávali na ozdoby za studena. Obliba zlata je všeobecně známa ve starém Egyptě, kam bylo dováženo z nalezišť v Nubii. Prvním kovem získaným z rud byla měď. Bohatá ložiska měděných rud byla na Sinajském poloostrově, kde se ji Egypťané, pocházející z Asie, naučili dobývat (5 000 let př. n. l.). Měď byla v době kolem 3 000 let př. n. l. postupně nahrazována slitinou mědi a cínu – bronzem. Při výrobě nástrojů z mědi bylo potřeba určitých vědomostí a zručnosti. Kovové nástroje si tak už nemohl vyrábět každý sám.

34

Od poloviny 3 000 př. n. l. se na Blízkém východě objevilo železo, ale širší využití našlo až o tisíc let později. Železo lidé nejdříve začali používat v jeho přirozené formě – zpracovávali meteority, železo dopadající na zemský povrch z vesmíru. Sumerové mu proto říkali „kov z nebes“. Železo na ocel dovedli zpracovat Číňané, Egypťané i Chetité, kteří v té době ještě prožívali dobu pravěku. Jako měď dospěla ke zralosti ve své slitině, v bronzu, tak i železo dospělo a stalo se zralým v železné slitině, v oceli. Kolem roku 1 000 př. n. l. se ocel vyráběla v Indii a právě z Indie pocházela vysoce kvalitní ocel, která podle města Damašek, přes který byla dovážena do Evropy, byla nazývána Damascenská. Dalším známým kovem starověku bylo olovo. V Babylónii znali tento kov již ve 3. tisíciletí př. n. l. Sulfidem olovnatým (PbS) si Egypťanky malovaly obočí a olověnou bělobou (2PbCO3•Pb(OH)2) se líčily. Olovo je také zmíněno ve Starém zákoně ve Čtvrté knize Mojžíšově: „I řekl Eleazar kněz vojákům, kteříž byli šli k boji: Toto jest ustanovení zákona, kteréž přikázal Hospodin Mojžíšovi. Zlato, stříbro, bronz, železo, cín a olovo. A cožkoli trpné ohně, ohněm přepálíte, a přečištěno bude, však tak, když vodou očišťování obmyto bude; což pak nemůže strpiti, to skrze vodu protáhnete.“ V té době již byla známá i rtuť. Bronz Doba bronzová se datuje od 3. do 2. tisíciletí př. n. l. Následně přechází v dobu železnou. Významným objevem doby bronzové byla slitina cínu a mědi, dnes nazývaná bronz. V této době došlo k rozšíření nové techniky výroby – odlévání kovů do forem a používání nýtů (součástka určená pro spojování různých předmětů). Bronz byl znám od 4. tisíciletí př. n. l. v Mezopotámii a Jižním Íránu, odkud se jeho používání rozšířilo do celé Evropy. Bronz používaný v Jižní Americe obsahoval na rozdíl od bronzu používaného v Evropě také toxický arsen. Z toho důvodu nebyl v Jižní Americe využíván při výrobě nádobí. Zpracování bronzu dosáhlo nejvyšší dokonalosti v Číně. Velké bohatství čínských nalezišť mědi a cínu napomohlo k dokonalosti čínského kovolijectví a kovotepectví. Bronzové nádoby byly používány především při bohoslužbách. Jemné ozdoby nádob byly vytvořeny odléváním v tzv. ztracených formách. Formy byly tvořeny z vosku a vysypány tuhou, aby na určitou dobu odolaly žáru roztaveného kovu. Právě takto mohly vzniknout ty nejjemnější vzory. Je pravděpodobné, že bronz byl znám dříve než čistý cín. Svědčí o tom nejstarší nálezy sekyr, šípových hrotů, oštěpů a jiných předmětů. Měď Chemická značka Cu, latinsky Cuprum. Jméno kovu je odvozeno od názvu ostrova – Cypr, kde se nacházely první doly na měď, označení cuprum a chemická značka byly odvozeny z Aes cyprium = kyperský kov v době objevu přibližně 5 000 let př. n. l. Měď se získávala z rud, např. z malachitu, čistá (bez příměsí jiných nerostů) se nacházela v přírodě. Vyráběly se tepané měděné nádoby. V podobě slitiny s cínem (bronzu) sloužila měď ke zhotovování zbraní, odlévání bronzových soch a jiných ozdobných předmětů, známé je razidlo mincí v Egyptě, které obsahovalo z 80 % měď.

35

Cín Chemická značka Sn, latinsky Stannum. V Egyptě byl cín znám od 3 000 př. n. l. Cín obsažený v egyptském bronzu pocházel z Íránu a později ze Zadní Indie. Čistý kov byl vyroben až kolem roku 1 800 př. n. l. Cín se získával z cínových ložisek a cínové rudy se zpracovávaly společně s měděnými rudami. Cín se používal k pocínování měděných nádob, k odlévání zvonů, používal se i jako ozdoby na krunýře, štíty, brnění, byly nalezeny i cínové jehly, kruhy, knoflíky nebo hliněné nádoby potažené cínem; cínařství dosáhlo vrcholu v evropském středověku, renesanci a baroku - hlavními výrobky této doby byly užitkové a liturgické nádoby, svícny, křtitelnice, před objevením porcelánu byl cín důležitým materiálem pro výrobu talířů, konví a číší; později byly z cínu odlévány i drobné hračky (cínoví vojáčci), sošky a pamětní medaile. Železo Chemická značka Fe, latinsky Ferrum. Výroba železa má své počátky u národa Chetitů v Malé Asii asi okolo 1500 př. n. l. Chetité dokázali jako první národ zpracovávat železo, ze kterého vyráběli zejména zbraně, ale také kovářské nástroje, kosy, nože, sekery a železný pluh. Ze železa odlévali také sošky, nádoby a mísy. Výrobu železa velmi dobře střežili a k jeho rozšíření tak došlo teprve po rozpadu Chetitské říše někdy okolo roku 1200 př. n. l., kdy došlo k rozpadu obchodního systému doby bronzové. Od nich se výroba železa šířila na Balkán a v průběhu 7. - 6. století př. n. l. pronikla i do střední Evropy. Před 6 000 lety se železo v přírodě nacházelo v podobě tzv. meteoritického železa (železo-niklové meteority). Železo se získávalo tavením z železných rud spolu s uhlím a dmýcháním vzduchu, který byl potřeba pro dosažení potřebné teploty tavení. První dokumentovaná naleziště v době objevu byla popsána na Blízkém Východě – převážně Čína, Malá Asie a Mezopotámie. Železo bylo jako „nový“ kov spojovaný s božstvy války – Mars. Železo bylo také dostupnější než bronz. Podobně jako jiná období měla i doba železná své etapy vývoje: Halštatské období (700 – 400 př. n. l.) Dostalo název podle rakouského naleziště Hallstatt, někdy je též označováno za starší dobu železnou. Toto období bylo charakteristické nepříznivými klimatickými podmínkami, které způsobily zánik mnoha zemědělských osad. Zároveň docházelo k vytváření vládnoucí vrstvy vojenských družin a vzniku kmenových knížectví. Typická byla stavba opevněných sídlišť. Laténské období (400 – 0 př. n. l.) Dostalo název podle švýcarského naleziště La Téne, někdy je též označováno za mladší dobu železnou. Je to období, kdy velká část Evropy vstupuje do světla psané historie. Vrcholu dosahuje řecká civilizace a začínají vojenské výboje Keltů (Caesar – Zápisky o válce gallské). Roku 387 př. n. l. dobyli Řím, při svém postupu budovali siť hradišť, která měla správní, vojenský, výrobní a obchodní význam. Provozovali masovou výrobu železa, zejména za účelem výroby zbraní. Razili mince. Nastalo rozdělení společnosti na několik tříd: kmenová aristokracie, kněží (druidové), řemeslníci a zemědělci.

36

Doba Římská (1. – 4. století n. l.) Nastal předěl v evropské historii, kdy se vytvořily dva světy: Římská říše (otrokářský řád) × ostatní části Evropy (rodové zřízení). Hranici tvořily řeky Rýn a Dunaj. Vítězství germánů v Teutoburském lese (roku 9 n. l.) přineslo jejich nezávislý a samostatný hospodářsko - společenský vývoj na území za Rýnem a Dunajem. Římská hranice – limes romanus. Germánské kmeny Základ hospodaření tvořilo zemědělství a chov dobytka. Typické bylo používání pluhu a hnojení. Budovali trojlodní domy (obytná část, chlév). Výrazně se zabývali zpracováním železa. Doba stěhování národů (4. – 6. století n. l.) Nastal v době vpádu Hunů do Evropy (vůdce Attila), relativní přelidnění, charakter společnosti (vojenská demokracie) → válečná tažení slouží k upevnění moci kmenových předáků. 1.5.2 Zpracování kovu ve Středověku Využívání kovů ve středověku bylo velmi časté. Použití na běžné domácí účely (hřeby, skoby, panty, závory, obruče a další) následovalo využití pro obdělávání půdy a další využití v zemědělství, a dále pro výrobu koňských postrojů a válečné zbroje. Mimo železo se významně uplatnilo také stříbro a zlato a to zejména k ražbě mincí. Zlato i stříbro bývaly zprvu používány jako platidlo v jakémkoli stavu (např. zlaté valouny, zlatý prach, zlaté šperky), ovšem z praktických důvodů se časem rozšířily mince, jejichž ražba měla potvrzovat ryzost a hmotnost daného Obrázek 1.16 Středověké kusu kovu. Původně mince měly stejnou hodnotu jako drahý kov, ražené mince ze kterého byly vyrobeny. Představovaly úřední potvrzení mincovnou, že daný kus kovu má určitou hmotnost a určitou kvalitu. Výrobci (emitenti) prvních mincí byly soukromé mincovny, později si právo vyrábět mince vyhradil panovník nebo stát. To dalo státům možnost snižovat v mincích obsah drahých kovů a nahrazovat je kovy levnějšími. Rozdíl šel do státní pokladny, která tak získala dodatečný příjem na úkor občanů. Například množství stříbra ve francouzské minci Livre tournois kleslo mezi léty 1200 a 1600 z 98 gramů ryzího stříbra na pouhých 11 gramů. Různé mince měly různou pověst v zahraničí a byly různě ceněny. Na českém území byly raženy postupně denáry, groše, tolary, krejcary a koruny. Kovadlina Kovadlina je nástroj sloužící jako podklad pro kování. Kovadlina je vyrobena z měkké oceli, na níž je navařena plocha z tvrzené ocelové desky (tzv. dráha kovadliny) která se používá jako podklad při opracovávání sekáčkem nebo kladivem. Dráha kovadliny má dva pomocné otvory pro nasazení různého pomocného nářadí (zápustky s babkou). Kulaté a hranaté rohy umožňují ohýbání a odhraňování výkovku. Základní vlastností kovadliny je pružnost a tvrdost, což umožňuje opracovávat kovy tak, že nedochází k poškozování kovadliny ani zpracovávaného materiálu.

37

Kovadliny se používají i k prosekávání a probíjení otvorů, k tomuto účelu se používají probíjecí desky s pomocnými otvory. Při prosekávání a probíjení otvorů je nutno dbát na to, aby dráha kovadliny (vrchní pracovní plocha) zůstala stále hladká a nepoškozená, proto se při těchto pracích dráha kovadliny obvykle kryje plechem nebo jiným vhodným materiálem. 1.5.3 Rozvoj železářství Zásadní proces probíhající při výrobě kovů z kovové rudy je redukce. Po celá dlouhá tisíciletí se redukovalo dřevěným uhlím, kterého byl na mnoha místech nedostatek, což byl asi hlavní činitel, který omezoval výrobu kovů. Nejdříve se redukce prováděla v jamách, do nichž se po obvodu uložila ruda, a doprostřed se dalo dřevěné uhlí. Tavba se prováděla opakovaně. Později se začaly používat pece ve tvaru mísy nebo džbánu uplácané z jílu a slámy. Dýmařský proces Výroba železa se v Evropě po mnoho století neměnila. Po celý starověk a středověk se železo vyrábělo tzv.dýmařským procesem. Pec tvaru džbánu vysoká asi jeden metr se dole zaplnila slámou a roštím, nad to se sypaly vrstvy dřevěného uhlí a rud. Z boku se přes výfučnu dmychal do pece vzduch. Tyto pece sestavěly jako nadzemní, se zahloubenou nístějí nebo jako tzv. vtesané pece, které se budovaly ve vhodném břehu. Redukce probíhala při 1300 – 1350 °C, při této teplotě se roztavila struska, která protekla dolů, vyredukované železo však vytvořilo železnou houbu prostoupenou struskou. Pece byly původně hliněné a sloužily pouze pro jednu tavbu, při níž se vyrobilo několik kilogramů nanejvýš několik desítek kilogramů železa. Později se rozměry pecí zvětšovaly. Agricola, který psal své dílo na počátku 16. století, uvádí, že železo se redukovalo v pecích vysokých 4 až 6 m, v jedné tavbě se vyrobilo několik set kilogramů. Pece už byly z kamene (pískovce), vymazávaly se vhodným jílem. Na konci středověku se taky začaly přidávat struskotvorné přísady. Litina Při tehdy běžné výrobě železa se dosahovalo teplot pouze okolo 1000°C což nestačilo na jeho úplné roztavení. Výsledkem byla železná houba, která se dále zpracovávala kováním. První zmínky o odlévání železa pochází ze Švédska z doby mezi 1150-1350. Na konci 14. století se výrazně změnila situace na trhu s odlévaným zbožím tím, že se zvýšila poptávka po odlévaných dělových koulích. Zkujňování Svářková ocel se vyráběla zkujňováním surového železa v plamenné pudlovací peci. Surové železo a šrot se při míchání (pudlování) a za přístupu vzduchu zpracovával v těstovitou hmotu při 1300 °C (tj. nebyla dosažena teplota tavení), ze které se následně bucharem vykovaly tyče a zároveň se tak odstraňovala struska. Tyče se následně rozválcovaly na tlusté plechy, které se ve svazích na válcích kovářsky nebo tavením svařovaly. Pak se z nich vyválcovala tvarová ocel (profily). Cementace oceli Cementování nebo cementace je v metalurgii označení pro proces povrchového zušlechťování oceli tím, že se v povrchové vrstvě výrobku zvyšuje obsah uhlíku (do 0.25 %) resp. martenzitu, což pak umožňuje povrchové kalení. Nauhličená vrstva bývá 0.5 až 1.5 mm tlustá, hotový výrobek zůstává uvnitř houževnatý a na povrchu je tvrdý. Cementování už běžně používali staří Římané.

38

Kelímková ocel Ocel vytavená v kelímku ze suroviny připravené cementačním procesem. Technologii kelímkové oceli vynalezl v polovině 18. století britský hutník B. Huntsman (*1704 – †1776). Význam kelímkové oceli poklesl zavedením průmyslové velkovýroby oceli (Bessemerův konvertor, Thomasovy pece, Siemens-Martinské pece a zejména elektrické obloukové pece). Kelímková ocel se vyznačuje čistotou a jakostí. Vysoká pec První vysoké pece, v nichž docházelo k úplnému roztavení a nauhličení vyredukovaného železa, se objevily v 15. století v Anglii a ve Francii. Měly objem pracovního prostoru přibližně 10 m3. Zřejmě prvá vysoká pec u nás byla postavena v r. 1595 ve Dvoře Králové. Tzv. surové železo se vyrábí ve vysokých pecích z kyslíkatých rud. Vysoká pec má výšku asi 25 až 30 m a průměr 10 m. Každá vysoká pec pracuje nepřetržitě řadu let. Shora se pec neustále plní železnou rudou, koksem a struskotvornými přísadami (zejména vápencem nebo dolomitem). Do spodní části pece se neustále vhání horký vzduch obohacený kyslíkem. Uhlík se nejprve oxiduje kyslíkem na oxid uhelnatý (za teploty až 2000 °C). Oxid uhelnatý pak v redukčním pásmu postupně redukuje rudu (nepřímá redukce) na tuhé, pórovité surové železo. Obrázek 1.17 Vysoká pec

Ve spodní části pece probíhá přímá redukce oxidu železnatého uhlíkem. Surové železo stéká ke dnu vysoké pece, odkud se jednou za čtyři až šest hodin vypouští (odpich). Struska, vznikající při redukci rudy reakcí příměsí (hlušiny) se struskotvornými přísadami, se s železem nemísí, plave na jeho hladině a chrání železo před oxidací horkým vzduchem. Struska se vypouští horní výpustí vysoké pece. Používá se ve stavebnictví, např. při výrobě tvárnic. Plyny odcházející z vysoké pece (kychtové plyny) jsou stále bohaté na oxid uhelnatý, spalují se proto a získané teplo se využívá k předehřívání vzduchu vháněného do vysoké pece.

39

Obrázek 1.18 Vysoká pec k výrobě železa

1.5.4 Vyzbrojování a výroba nástrojů Kovy přinesly do vyzbrojování a výroby nástrojů řadu změn. Nově se začaly vyrábět nástroje s výrazně vyšší odolností a trvanlivostí. Zásadní byla řemesla jako kovářství, zámečnictví, nožířství, kovotepectví a další zabývající se zpracováním kovů. V počátcích byly kovové sekyry, mačety, meče doplněny plechovou výzbrojí, která většinou chránila rytíře i jeho oře. Ústup nastal až v rozšíření palných zbraní, tj. po objevení střelného prachu, které zásadním způsobem změnily taktiku boje. Různé pistole, muškety, kanony byly většinou z kovu odlévány.

1.6

Komunikace a záznamy

1.6.1 Řeč a záznam Řeč, písmo, tisk a fotografie jsou čtyři základní technologie záznamu informace. Řeč je artikulovaný, zvukový projev člověka sloužící především ke vzájemné komunikaci. Každá řeč se skládá ze slov, která tvoří slovní zásobu používaného jazyka. Slova se skládají z hlásek. Slova jsou symboly s kulturně daným významem, který slovo nese v nejrůznějších situacích. Ani spojování slov není libovolné. Vždy se řídí syntaxí daného jazyka. Dorozumívání neboli komunikace je sdělování informací, myšlenek, názorů, a pocitů mezi lidmi obvykle prostřednictvím společné soustavy symbolů. Hlavním dorozumívacím prostředkem člověka však je verbální komunikace (jazyk a řeč). Kromě mluvené řeči a písma se používají i další systémy (notový záznam hudby, chemické a matematické značky, dopravní značky, vlajková a prstová abeceda, Morseova abeceda ap.) Pro dorozumívání v mezinárodním měřítku je překážkou různost jazyků (existuje jich asi 5000), což se řeší pomocí světových jazyků, překladů a tlumočení. 1.6.2 Měření Měření je kvantitativní (číselné) zkoumání vlastností předmětů (jevů, procesů), obvykle porovnáváním s obecně přijatou jednotkou. Výsledkem měření je tedy číslo, které vyjadřuje poměr zkoumané veličiny k jednotce, spolu s uvedením té jednotky. Význam měření je hlavně v tom, že: charakterizuje měřenou veličinu významně přesněji než kvalitativní údaje (např. dlouhý, vysoký, těžký); dovoluje měření opakovat a porovnávat; výsledek lze zpracovávat matematickými prostředky, zejména ve vědách.

40

V širším slova smyslu, ve společenských vědách, v ekonomii aj. se měřením rozumí jakékoli kvantitativní zkoumání, například dotazníkovým šetřením, jehož výsledky lze zpracovávat statisticky. Měření a jednotky Nejjednodušší kvantitativní zkoumání je počítání kusů (angl. counting), které však obvykle nepovažujeme za měření. Měření určité veličiny jakožto porovnávání vyžaduje jednotku této veličiny. Pro měření délek (délkových rozměrů) se jako jednotky nejprve užívaly rozměry lidského těla: palec, stopa, loket, sáh. Délku tak bylo možno vyjádřit počtem těchto jednotek, případně i jejich zlomky. Pro jiné fyzikální veličiny – například hmotnost, teplotu – však takové přirozeně dané jednotky nejsou a bylo třeba je vytvořit. Jednotky měření však mají tím větší význam, čím více lidí s nimi pracuje, a vyžadují tedy nějakou dohodu. Určitou dohodu o společně užívaných a tedy srovnatelných jednotkách si patrně nejdříve vynutil obchod. Už od starověku obchodníci měřili délky, plochy, objemy a zejména váhy, a to pomocí konvenčních jednotek (karát, libra, pinta a podobně). Starověká věda měřila úhly, jenže úhlový stupeň, vzniklý rozdělením plného úhlu na 360 dílků, se jí nezdál být konvenční. Do vědeckého provozu se měření pomocí konvenčních jednotek dostalo teprve v novověku a první pokus o mezinárodní standardizaci jednotek udělala až Francouzská revoluce (mezinárodní metr). Tvůrci metru se však také ještě domnívali, že jednotka nemůže být pouze konvenční, a tak se ji pokusili odvodit z rozměrů Země. Brzy se však ukázalo, že jednotka musí být stanovena daleko přesněji, než tehdy dokázali Zemi změřit, takže i metr je fakticky jednotka konvenční. Soustava jednotek S rozvojem a globalizací vědy, hospodářství i techniky stále roste význam mezinárodně stanovených a všude srovnatelných jednotek. Roku 1874 vznikla soustava CGS, roku 1875 v Paříži Mezinárodní úmluva o metru a roku 1889 soustava MSK, roku 1939 rozšířená na MSKA. Roku 1960 byla přijata soustava SI, která ovšem z praktických důvodů připouští i užívání dalších, vedlejších a odvozených jednotek. Měřicí přístroje Měřit je možné prostým přikládáním jednotky (krokováním vzdálenosti, odměřováním jednotky objemu atd.), měření se však dá výrazně zdokonalit měřicími nástroji (délkové měřítko, kalibrovaná nádoba), případně jednoduchými přístroji (váha). Ze základních veličin bylo nejobtížnější vytvořit zařízení pro měření času, protože vyžaduje „jednotku“ časovou, a tedy pohyblivou. Měření (odměřování) času se zprvu převádělo na měření objemu Obrázek 1.19 Základní starověké vyteklé vody (klepsydra), případně písku, nakonec se však měřící a stavební pomůcky vyřešilo sestrojením mechanických hodin. Ty ovšem ve skutečnosti počítají kmity oscilátoru, který je třeba správně nastavit, aby se na ciferníku odečítal čas. Pro postupy nepřímých měření vznikly i další měřicí přístroje (teploměr, tlakoměr, elektrické měřicí přístroje atd.), které často „měří“ nějakou jinou, i když fyzikálně související veličinu (délku rtuťového sloupce, magnetický účinek proudu apod.), takže také potřebují správné kalibrování.

41

Výsledek ukazují na stupnici (analogově) nebo přímo čísly na displeji (digitálně). 1 - nivelační přístroj pro vodorovné plochy, 2 – úhelník, 3 - tyč dlouhá 3 lokty (cca 1.50 m) sloužící k měření, 4 - olovnice ke kontrole svislic. 1.6.3 Mapy a Kartografie Starověká kartografie Není známo, kdy a kde byla vyhotovena první mapa, jisté však je, že mapy jsou konstruovány nejméně tak dlouho, co existuje komunikace psaným jazykem. Nejstarší nálezy, cca 20 tisíc let př. n. l., pochází z jeskyň ve Švýcarsku a ze skalních oblastí povodí Jeniseje. Nejstarší mapy sloužily především dvěma praktickým potřebám jednotlivých zemí - vojenským a hospodářským. Představy o tvaru Země byly primitivní a navíc u každého národa jiné. Babyloňané, Peršané a Řekové si Zemi představovali jako kruh obklopený prstencem vodních ploch, Egypťané jako úzký dlouhý pás. Nejzajímavější a zároveň nejstarší doklady o starověkém mapování pocházejí z Babylónie. Plány budov z této doby (asi 4500 př. n. l.) vyryté do kamene nebo do hliněných destiček mají geometrický charakter. Další památky z této doby dokládají, že staří Babylóňané již vyměřovali pozemky a určovali jejich výměry. Kromě map znázorňujících obraz krajiny, měli jakési speciální mapy s údaji hospodářské povahy. Nedospěli však k vytvoření map větších území. Jediný doklad o babylónské představě světa pochází z 5. stol. př. n. l. Tato mapa zobrazuje Babylón a Asýrii, obklopené Oceánem. Ve střední části je znázorněn Eufrat, na jehož obou březích leží Babylón. Druhým starověkým kulturním střediskem byl Egypt, kde byla praktická geometrie na vysokém stupni vývoje, což plynulo z potřeby každoročně po záplavách vyměřovat zemědělskou půdu. Z Egyptských plánů a map se dochovaly jen nepatrné fragmenty, poněvadž mapy byly kresleny na papyru nebo na kůži a časem podlehly zkáze. Při porovnávání map starých kulturních národů je třeba se zmínit o kartografických památkách staré Číny a Mexika. Již ve 3. století př. n. l. měla Čína sestrojenou mapu vysoké úrovně. Rovněž Mexičané měli topografické mapy, námořní mapy a katastrální plány. Antická kartografie Moderní kartografie staví na základech položených před více jak dvěma tisíci lety. Řekové jako první považovali zemské tělesa za kouli a určili její rozměry, zavedli zeměpisné souřadnice a šedesátinné dělení kruhu. Rovněž položili základy matematické kartografie. Řekové vycházeli nejprve z kruhového pojetí obrazu Země, a tak v polovině 6. století př. n. l. vyhotovil Anaximandros z Mílétu (610 - 546 př. n. l.) kruhovou mapu tehdy známého světa. Země je zde zobrazena jako plochý kruh obklopený vodou, středem je posvátné místo řecké mytologie - věštírna Delfy. Názor o kulatosti Země, opřený o okrouhlý stín vržený zemským tělesem při zatmění Měsíce, potvrdil známý filosof Aristoteles. V té době se zrodila i zeměpisná síť. Řekové při konstrukci svých map využívali tzv. diafragmu, což byla prakticky podélná osa Středozemního moře, spojující dnešní Gibraltar s ostrovem Rhodos. Rovnoběžkami s diafragmou a kolmicemi k ní vznikaly čtyřúhelníky zvané sfragidy, které v podstatě odpovídaly dnešním polím zeměpisné sítě.

42

Vyvrcholením starověké kartografie bylo dílo Klaudia Ptolemaia Geografické hyfégésis (Geografický návod). V jeho díle je popisnou formou zpracována velká část zemského povrchu a obsahuje seznam 8000 míst s udáním geografických souřadnic. Kartografie středověku Se zánikem starověku se ocitá kartografie v hlubokém úpadku. Vlivem křesťanství evropští kartografové nezobrazují skutečnost, ale umělecké symbolické výrazy svých představ. Šíření základního starověkého poznatku, že Země je kulatá, bylo zakázáno. Byla vnucována představa, že Země je kruhová deska. Ponejvíce byly kresleny kruhové mapy s Jeruzalémem uprostřed. Středozemní moře, řeky Tanais (Don) a Nil dělily od sebe pevniny (Afriku, Evropu a Asii) a jejich zákres připomínal písmeno T.

Obrázek1.20 Středověká mapa s charakteristickým tvarem písmene T

Potřeby rozvíjející se obchodní mořeplavby si ve 13. a 14. století vyžádaly pořizování map mořského pobřeží. Vznikaly tak mapy, které označujeme jako mapy portulánové neboli kompasové (portolan - psaný návod na pobřežní plavbu). Charakteristické pro kompasové mapy je, že je na nich zakreslena jedna nebo více směrových růžic, z nichž vybíhá 16 nebo 32 paprsků do světových stran. Renesance kartografie Obrázek 1.21 Renesanční mapa tehdy známého světa

Období renesance, které se ve 13. století rozšířilo postupně z Itálie do ostatních evropských států, bylo ve znamení znovuzrození antické kultury, zvláště objevením a předěláním děl Ptolemaia. Renesance, která znamenala návrat k vědecké základně cestou důkladného studia starověké vědy a kultury, měla obrovský význam i pro kartografii, zejména ve spojení se jmény Leonarda da Vinciho, Mikuláše Koperníka, Giordana Bruna a Galileo Galilea. Koperník a jeho stoupenci Bruno a Galilei nahradili Ptolemaiovu geocentrickou teorii soustavy světa systémem heliocentrickým, který doložili matematickými zákony.

Zásadní význam pro oživení a následný prudký rozvoj kartografie má období objevitelských cest z přelomu 15. a 16. století. Ty v poměrně krátkém časovém odstupu zhruba třiceti let přinesly lidstvu ohromné množství nových geografických poznatků, které bylo nutno kartograficky zpracovat. S objevováním a kolonizací nových území dostávaly tak postupně i mapy nové vědecké základy, spojené s uplatněním poznatků především z astronomie, matematiky a geodézie.

43

1.6.4 Papír Papír byl vynalezen přibližně okolo 3. tisíciletí př. n. l. v Číně, kdy byl vyráběn z konopí a až v 1. století př. n. l. se začal papír vyrábět z hedvábných a lněných hadrů. Papír tak, jak ho známe dnes, byl vynalezen v Číně asi roku 105 n. l. Do Evropy se dostal prostřednictvím Arabů. První papírny proto vznikaly ve Španělsku, odkud se pak šířily do Itálie a Francie (12. - 14. století). Od 16. století se pak začaly objevovat papírny i v českých zemích (Zbraslav, Turnov, Frýdlant, Staré Město pražské). Papír byl sice méně kvalitní než pergamen, nicméně byl mnohem levnější. Proto začal pergamen vytlačovat, až nakonec v 16. století papír převládl (na pergamen byly psány jen významné listiny). 1.6.5 Počátky tisku Tisk z výšky se patrně poprvé objevil v Číně, kde první deskové tisky vznikly v 9. století. Od 11. století se údajně užívaly i pohyblivé litery, nejstarší dochovaný tisk (Kniha Čikči) vznikl v Koreji v období Dynastie Korjo v červenci roku 1377. Kovové litery se však ryly jednotlivě, nepoužíval se tiskařský lis a technika se příliš nerozšířila, možná proto, že nedosahovala příliš vysoké rychlosti tisku a nebyla po ní poptávka. Tisklo se dále z dřevěných desek a moderní knihtisk se tak i do východní Asie rozšířil až v 19. století z Evropy. Deskové či blokové tisky se v Evropě rozšířily ve 14. a 15. století, zejména pro tisk obrázků a jednotlivých listů. Nejznámějšími zástupci této produkce jsou hrací karty a tzv. svaté obrázky. Tisková forma pro celý list nebo stránku byla vyryta do zpravidla dřevěné desky. Tato metoda byla však kvůli jednorázovému využití drahých štočků velmi pracná a nákladná. Johannes Gutenberg nebyl jediným, kdo se zabýval myšlenkou tisku ze sazby skládané z oddělených písmen. Pokud se ale pro jejich výrobu používalo dřevo, odolnost materiálu nebyla velká, kdežto rytí jednotlivých písmen z kovu bylo pracné a nákladné. Johannes Gutenberg byl vyučen ve zlatnictví, kde se naučil jak rytí do kovu, tak také odlévání. Obrázek 1.22 Těžba nerostných

1.7

surovin

První zdroje energií

1.7.1 Síla lidská a zvířecí Lidská a zvířecí síla byla v nějaké podobě využívána od raných dob civilizace, zejména pro lov, obdělávání půdy, zavlažování a stavitelství. Ve všech těchto činnostech bylo pro zdárný výsledek důležité správně zorganizovat součinnost mnoha rukou v krátkém čase. Rumpál je jednoduché strojní zařízení, které usnadňuje vertikální zvedání břemen nebo napínání drátů a lan. Jedná se o ruční naviják. Nejčastěji se vyskytuje u studní, kde zdvihá okov s vodou. Funguje jako zvláštní aplikace jednoduchého stroje kola na hřídeli, kdy poměr sil je dán poměrem mezi délkou hnací kliky pro ruční otáčení mechanismu a průměrem hnaného bubnu určeného pro navíjení lana. Významnou roli sehrál v počátcích hornictví, kdy byl využíván k vyvážení vytěženého materiálu na povrch.

44

Obrázek 1.23 Žentour poháněný jednou

Žentour je historické zařízení k převádění síly zvířat na točivý moment na řemenici. Žentour sloužil v zemědělství k pohonu jednoduchých mlátiček, řezaček, šrotovníků. Sloužil také jako pohon pro první zařízení k čerpání vody. Žentour je obdobou rumpálového zařízení na vytahování rudy z dolů.

1.7.2 Vodní kolo Vodní kolo nebo též mlýnské kolo je jedním z nejstarších zařízení k získání energie proudící vody. Síla vodního proudu byla jedním z prvních využívaných zdrojů energie. Vodní kolo bylo široce využíváno ve starověku, středověku, i na počátku novověku, a to především pro pohon vodních mlýnů. Později bylo používáno i pro pohon mechanismů v kovářských dílnách - hamrech a na pilách. V některých zemích je vodní kolo dodnes využíváno například pro čerpání vody. Vodní kolo bývá obvykle vyrobeno sekernickými mistry z dubového dřeva a po obvodu má řadu dřevěných lopatek nebo kapes. Principiálně lze vodní kola rozdělit na tři druhy:   

Kolo na spodní vodu využívá pouze kinetické energie vody, proudící pod ním. Kolo na střední vodu využívá i potenciální energie vody, která je k němu přiváděna výše, než je hladina odtékající vody. Oba druhy kol se otáčí spodní částí ve směru toku vody. Kolo na vrchní vodu je zaléváno svrchu a otáčí se ve směru proudu vody vrchní částí. Využívá především potenciální (polohová) energie vody. Obrázek 1.24 Vodní kolo a) spodní náhon, b) střední náhon c) horní náhon

Hamr je metalurgická a kovářská dílna, která je vybavena kovacím strojem poháněným vodním kolem. Vybavení hamru bylo stejné jako u kovárny – výheň, měchy, kovadliny, svěráky, kladiva, sekáče, útinky, zápustky, kleště, ale navíc zejména vodou poháněné buchary. Kování na hamru bylo dříve jediný možný způsob, jak získat kujnou ocel z houbovitého polotovaru vznikajícího v dýmačce, jednoduché redukční peci používané před vynálezem vysoké pece.

45

Produktem hamrů byly především polotovary tzv. svářkové oceli, které sloužily jako materiál pro další zpracování. Hamr je výraz používaný jak pro budovu, tak i pro jeho hlavní stroj, strojně poháněné kladivo, někdy též nazývané kobyla, který dnes označujeme jako kruhoběžný padací buchar. Je nadzdvihováno palci umístěnými na obvodu hřídele vodního kola. Tento mechanismus výrazně ulehčuje a urychluje namáhavou kovářskou práci a proti ručnímu kování umožňuje zpracovat i větší kusy železa. Dalšími samostatnými vodními koly byly obvykle v hamru poháněny měchy, rozdmýchávající kovářskou výheň a brus pro zabrušování a ostření železných výrobků. O údržbu dřevěné části vlastního pohonu hamru vodními koly se starali sekerníci. Větrný mlýn Větrný mlýn je zařízení, jehož hlavní součástí je větrná turbína, která dokáže přeměňovat větrnou energii na kinetickou energii. V mnoha zemích světa se používal k mletí mouky a pumpování vody. V Česku jsou větrné mlýny obvyklejší na Moravě (v Čechách byly hojnější mlýny vodní, které byly energeticky výhodnější a umožňovaly semlít až pětinásobek obilí za stejnou dobu). V současnosti jsou větrné mlýny typické pro Nizozemsko, kde jsou uchovávány spíše z tradičních důvodů.

Obrázek 1.25 Větrný mlýn v Holandském tulipánovém poli

První zmínka o větrných mlýnech spadá do 1. století n. l. Hérón z Alexandrie v té době pravděpodobně zaznamenal historicky první užití větrného mlýnu. Vertikální větrné mlýny se poprvé používaly ve východní Persii. Dnes běžně používané horizontální větrné mlýny byly vynalezeny v severovýchodní Evropě kolem roku 1180.

1.8

Počátky chemického průmyslu

Chemie ve starověku Počátky chemie ve starověku byly spjaty zejména s používáním ohně, který kromě tepla, světla a ochrany před divokou zvěří přinesl také zlepšení chuťových vlastností potravy, zlepšení její stravitelnosti a také zlepšení hygieny stravování. Ovládnutí ohně se datuje do doby přibližně 1000000 – 500000 př. n. l. Po objevení jeskynních kreseb (Lascaux, Francie cca 15 000 př. n. l., Altamira, cca 13000 př. n. l. a další) bylo zřejmé použití barevných pigmentů. Z té doby jsou známy pigmenty černé (saze, dřevěné uhlí, galenit PbS, Antimonit Sb2S3, nebo magnetit Fe3O4 ), červené (červený okr, krevel Fe2O3, realgar As2S2), žluté (žlutý okr, auripigment As2S3), zelené (malachit CuCO3.Cu(OH)2), modré (azurit 2 CuCO3.Cu(OH)2) a hnědé (burel MnO2, goethit FeO(OH)). Od třetího století př. n. l. byla prokazatelně používána tzv Egyptská modř (kuprorivait CaCuSi4O10), která se vzácně vyskytuje v přírodě, případně se připravuje žíháním směsi malachitu s pískem a vápnem v oxidační atmosféře při teplotě 850-1000°C. Chemie a textil V souvislosti s textilem nachází chemie dvě zásadní oblasti uplatnění a to zejména při čištění a ošetřování oděvů (mýdla) a při jejich barvení (barviva). 46

Mýdla Staří Sumerové, kteří dobře ovládali základy chemie, znali také přípravu mýdla působením alkalických žíravin na tuky. Nejstarším důkazem o používání mýdla může být archeologických nález babylonských keramických nádob, obsahujících látku, podobnou mýdlu a datovaný do doby kolem roku 2800 př. n. l. Z doby o 600 let mladší, kolem roku 2200 př. n. l., pochází z téže oblasti hliněná tabulka s návodem pro přípravu mýdla z vody, louhu a kassiového oleje. Mýdlo však nepoužívali k hygieně či praní oděvů, ale jako prostředek urychlující hojení ran. Z oblasti Mezopotámie se znalost mýdla dostala do Egypta a později na evropský kontinent, do Řecka. Mýdlo se připravovalo působením alkálií na živočišné nebo rostlinné tuky procesem zvaným zmýdelňování nebo též saponifikace. Jako alkálie se nejčastěji používají koncentrované roztoky hydroxidů alkalických kovů, např. hydroxidu sodného nebo draselného (louhy), nebo slabších zásaditých látek, jako je uhličitan sodný (soda) či uhličitan draselný (potaš) a současným zahříváním. Barviva Barvení textilu se nejčastěji provádělo procesemm zvaným moření. Barvivo se rozpustilo a do vzniklého roztoku se textil opakovaně namáčel. Nejznámějším barvivem té doby bylo modré indigo. Boryt barvířský obsahuje v celé rostlině barvivo, které se používalo k barvení tkanin, převážně na modro. K barvení se používaly fermentované listy, ze kterých se ziskával pigment Indigo. (Při smíchání s kamencem se získá barva růžová). Později se k barvení začalo využívat stálejší barvivo, chemicky téměř identické, získávané z indigovníku pravého. Indigo je modré barvivo původně získávané ze stejnojmenné rostliny. Z listů indiga, se získává tzv. indican, ze kterého vzniká kvašením žlutá látka indoxyl. Oxidací indoxylu na vzduchu vzniká pak modré barvivo indigo, které se míchá s louhem, suší a lisuje nebo drtí na prášek. Rostlina pochází pravděpodobně z tropického pásma Afriky, později byla kultivována hlavně v jižní Asii a v jižní Americe. Obrázek 1.26 Indigo – zdroj přírodního modrého barviva

1.8.1 Výroba střelného prachu Černý střelný prach je nejstarší známou výbušninou na světě, patřící do podkategorie střelivin. Byl objeven v období sedmého až devátého století v Číně. Nejdříve byl využíván v léčitelství jako přísada. Později byl využíván pro pohon raket, náplň Obrázek 1.27 Různé druhy střelného prachu

granátů a jsou známy dokonce i bambusové pušky. Ve třináctém století pronikl střelný prach do Evropy. Už ve čtrnáctém století zde existovala prosperující výroba palných zbraní, která vedla k postupnému zániku rytířů jako středověkých bojovníků. Ve velkém se palné zbraně začaly používat v patnáctém století husity. Husitská terminologie pojmenování tehdejších střelných zbraní tak pronikla do mnoha světových jazyků. Stále je např. živý výraz pistol vzniklý z

47

českého píšťala (nejlehčí varianty ručních palných zbraní) nebo anglické howitzer (něm. Haublitze) z původně české houfnice. Typické složení černého střelného prachu je: 75 % KNO3, 10 % síry a 15 % dřevěného uhlí. V praxi se střelný prach vyrábí buď pro trhací práce s nižším obsahem KNO3 v rozmezí 60 - 70 % a pro vojenské využití s obsahem KNO3 74 - 75 %.    

Puškový prach: 75 % KNO3 + 15 % C + 10 % S Trhací prach forte: 80 % KNO3 + 20 % C (třikrát rychlejší než puškový) Zápalnicový prach: 75 % KNO3 + 20 % C + 5 % S Dělový prach: 75 % KNO3 + 12,5 % C + 12,5 % S Trhací prachy se dělí podle obsahu dusičnanu na: 40 % - Lente (pomalé), 75 - 80 % - Forte (rychlé) a 65 % - Ordinaire (střední).

Průmyslově vyráběný střelný prach se vyznačuje vysokou homogenitou směsi s přesně definovanou velikostí jednotlivých částic. Toho se dociluje mletím všech složek s určitým množstvím vody a následným sušením směsi. Přesný postup je pochopitelně předmětem chráněného „know how“ jednotlivých výrobců. V současnosti je černý prach průmyslově vyráběn také pro sportovní střelbu z replik starých palných zbraní. Typický černý střelný prach má následující detonační charakteristiky:      

Výbuchová teplota - 2400 °C Detonační rychlost - maximálně 340 m/s Energie výbuchu - 720 kcal/kg Objem plynů - 280 l/kg Tlak plynů - 6900 atm Sypná hustota 2 g/cm3

1.8.2 Alchymie a Lékařstí (Iatrochemie) Alchymie – někdy je také označována za černou chemii. Období chemie, ve kterém nastal významný rozvoj znalostí známých staletí (získávání některých kovů, pálení hlíny, znalost některých jedů, a léčiv, atp.) motivovaný zejména touhou vyrobit zlato a nalézení kamene mudrců a elixíru života. Iatrochemie – chemie kombinovaná s medicínou; učení převládající na přelomu 16. a 17. století, značně ovlivněné Paracelsem a prosazující využívání chemických látek při léčení nemocí. P. A. Paracelsus: „Pravým úkolem chemie není dělati zlato, nýbrž připravovati léky.“ V užším slova smyslu byla spíše chemoterapií, která k léčbě nemocí využívala chemických látek většínou sloučenin antimonu a rtuti. Většina lékařů v 16. století se používání těchto nebezpečných látek obávala, avšak v 17. století se postupy zažily a tyto léky se užívaly i později. Nové poznatky iatrochemie byly využity:   

jako základ moderní farmakologie ke zjištění analogie mezi hořením a dýcháním k přípravě nových chemických sloučenin

48

1.8.3 Počátky moderní chemie Počtky moderní chmie byly položeny ve chvíli, kdy lidé začali dávat přednost experimentů před spekulacemi (Roger Bacon). Robert Boyle v roce 1666 představil tzv. korpuskulární teorii hmoty. (korpuskule jsou z dnešního pohledu atomy a molekuly) V té době byly formulovány také základní zákony jako zákon o zachování hmoty (Hmota se neztrácí, pouze se přeměňuje – Rey 1630, Mariotte 1678, Newton 1704, Lomonosov 1760 a Lavoisier 1789, který formuloval základní bilanční relaci, a sice celkový vstup musí být roven celkovému výstupu) a základní teorie hmoty (Atomy jsou nejmenší částice hmoty stejného druhu, které již nelze dále rozdělit- John Dalton 1807). Formulací tšchto základních zákonů a testování jejich platnosti zásadně ovlivnilo přístup k chemii. Od náhodných pokusů se přešlo k systematickému rozvoji, nicméně průmyslová výroba chemikálií, ve smyslu chemické technologie jak ji známe dnes, začala až v době průmyslové revoluce.

49

SHRNUTÍ KAPITOLY

Právě přečtená kapitola podává informace o vývoji společnosti postupným rozšiřováním poznání od dávnověku k období průmyslové revoluce, jsou zde uvedeny hlavní poznatky ze všech možných oborů lidské činnosti, zejména však ty, které se zachovaly prakticky až do dnešní doby a výrazně ovlivnily život řady generací.

KONTROLNÍ OTÁZKA 1) které objevy podle vás zásadně poznamenaly vývoj lidstva 2) proč z historického hlediska předcházela doba bronzová dobu železnou? 3) uveďte významné mořeplavce a jejich přínos lidstvu

ŘEŠENÍ

Pozorným čtením této kapitoly nalezneme odpovědi, jsme schopni pochopit souvislosti v čase i v místě

ÚKOLY K PROCVIČENÍ 1) proberme nad mapou světa významná místa, historicky označovaná jako výrazné mezníky v rozvoji civilizace 2) které základní objevy v dávnověku urychlily vývoj společnosti 3) úloha písma ve společnosti

50

2 OD PRŮMYSLOVÉ REVOLUCE PO DVACÁTÉ STOLETÍ Průmyslová revoluce bylo období v 18 století, kdy byl zaznamenán rychlý rozvoj technologie zejména v důsledku objevení a následného využívání parního stroje. Později byla pára využita k výrobě elektrické energie a vznikly první elektromotory, žárovka a bezpočet dalších elektrických spotřebičů. Vědecký pokrok a objevování nových konceptů vedlo k výrazným posunům také v medicíně, chemii, fyzice a inženýrství. Technologický pokrok v materiálech vedl k výstavbě mrakodrapů a velkých měst, jejichž obyvatelé se pak spoléhali na automobily a další motorizovanou dopravu. S vynálezem telegrafu, telefonu, rozhlasu a televize došlo také k výraznému vylepšení v oblasti komunikace. Ke konci 19tého a počátkem 20. století došlo k revoluci v dopravě, která je spojována se zavedením paroplavby, železnice, letadel a automobilů.

CÍL Pokud zvládnete učivo (text) této kapitoly, bude vaše vědění obohaceno Zůstává skutečností, že rozvoj společnosti nabyl na rychlosti s objevem a praktickým využitím nových vpravdě revolučních vynálezů – snad můžeme na prvém místě jmenovat Wattův parní stroj. Na svět přicházely stále nové a nové poznatky ze všech oblastí lidského konání, poznatky takové, které znamenaly obohacení našeho života – nové materiály, nové postupy, do toho pronikaly stále více nové informace z fyziky, mechaniky, chemie, aby nacházely uplatnění v dopravě, ve využívání surovin, v oblasti energetiky a dále, nacházely však BOHUŽEL využití i ve vojenství… Znalosti Vzhledem k rostoucímu počtu objevů se nutně projevila potřeba specializace jednotlivých odvětví zejména proto, aby se nastolený směr pokroku ještě více zrychlil. Proto vedle továren nacházíme i zárodky výzkumných pracovišť, která během času přerostla ve vědecky fundované instituce, přinášející nové poznatky, došlo k dalšímu zdokonalování výrobků i technologií, objevily se i nové výrobní postupy: pásová výroba – Ford, Baťa…to vše bylo podloženo účelným využíváním docílených znalostí.

Již shora naznačený vývoj ukazuje, že současně s rozvojem poznání se prohloubila i dovednost – řemeslná i duchovní. A tak se postupně historicky známé cechy ve svém pojetí rovněž měnily, stále více docházelo k prolínání rukodělných a duševních dovedností při realizaci díla – mohli bychom jmenovat četná odvětví na důkaz opodstatněnosti této téze – doprava, Dovednosti stavitelství, chemie, strojírenství, elektrotechnika a další a další. Objevily se nové látky, léčiva, plastické hmoty, obecně tedy hmoty s vyšší užitnou hodnotou. Shrnutě řečeno prosazovali se tedy takoví lidé, kteří dovednosti mistrně využívali

51

KLÍČOVÁ SLOVA Parní stroj, obrábění, doprava, letadla, kovové materiály, paliva, kaučuk, chemikálie, textil, elektrická energie, tisk, polygrafie

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU Nárůst informací v této kapitole je velmi výrazný. Pro lepší pochopení a zapamatování principů různých výrob a materiálů lze odhadnout potřebný čas na 4 hodiny.

52

2.1

Pára

Pára je obecné označení pro plynné skupenství látek, které se za běžných podmínek obvykle vyskytují ve skupenství kapalném nebo pevném. Nejrozšířenější technické využití našla vodní pára. Vynález mnoha vědců, z nichž James Watt v roce 1769 uvedl do provozu první parní stroj pro pohon strojů. Principem stroje je, že ohřátá vodní pára v parním kotli se střídavě převáděla na dvě strany válce, díky čemuž dochází k pohybu pístu. V 19. století přichází éra parních strojů. Parní stroj se stal nejvýznamnějším zdrojem energie. Největší využití v dopravě jako lokomotivy, parníky, parní válce, parní oračky, parní kladiva, parní lisy. V dnešní době využití parních strojů poněkud opadlo převážná většina strojů byla nahrazena, v dopravě spalovacím motorem a v průmyslu elektrickými motory. Tepelná účinnost parního stroje se pohybuje mezi 5 až 10%, což je oproti spalovacím motorům, kde je tepelná účinnost až na 35%, velmi slabé. Jednou z výhod oproti spalovacím motorům je jejich spolehlivost a nízká cena za pohonné hmoty. 2.1.1 Parní stroj Obrázek 2.1 Parní stroj starých Řeků,

Parní stroj je pístový tepelný stroj, přeměňující tepelnou energii vodní páry na energii mechanickou, nejčastěji rotační pohyb. První mechanický stroj poháněný parou sestrojil Hérón Alexandrijský v 1. století našeho letopočtu. Považoval jej ale jen za hračku a na praktické využití nedošlo. Dnes je vynález parního stroje obvykle připisován Jamesi Wattovi, který ho vynalezl v roce 1765. Ve skutečnosti Watt „pouze“ významně zdokonalil stroje Thomase Saveryho a Thomase Newcomena. Jednalo se o stroje na principu kondenzace syté páry ve válci a využití síly vyvolané podtlakem k čerpání vody.

V případě atmosferického parního stroje Thomase Newcomena byl prostor pod pístem naplněn párou o normálním tlaku. Pomocí studené vody, která byla vstřikována pod píst, došlo ke kondenzaci páry a vzniku podtlaku. Píst byl tlačen atmosferickým tlakem a prostřednictvím táhla, které s ním bylo pevně spojeno, prováděl práci kývavým pohybem nahoru a dolů jako zahradní pumpa. V letech 1722 - 1724 postavil Newcomenův atmosferický parní stroj ang. mechanik Issak Potter v Nové Bani na Slovensku. V r. 1736 získal Jonathan Hull či Hulls první patent na kolesovou loď poháněnou Newcomenovým atmosferickým parním strojem. Prvním Wattovým zlepšením bylo oddělení kondenzace do zvláštního prostoru mimo válec. Díky tomu se stěny válce neochlazovaly a zvýšila se účinnost stroje. Později jej napadlo pohánět stroj párou o vyšším než atmosférickém tlaku. V průběhu druhé poloviny 18. století si pak Watt nechal patentovat řadu vynálezů, které byly dále využity po celou éru parních strojů. Jmenujme například dvojčinný parní stroj, převod posuvného pohybu pístu na otáčivý, nebo Wattův odstředivý regulátor. 2.1.2 Využití parního stroje V 19. století se parní stroj stal nejvýznamnějším zdrojem energie jak v průmyslu, tak v dopravě. Proto se tomuto století také říká století páry. Dopravě kralovaly vlaky tažené parními lokomotivami, vody brázdily parníky, průmyslové podniky měly stroje poháněné transmisemi od centrálního parního stroje, na polích se objevily parní oračky, parní mlátičky a parní lokomobily. Povrch silnic 53

pak upravovaly parní válcovačky resp. parní válce. V průmyslu se také používaly speciální stroje podobné či konstrukčně příbuzné parnímu stroji. Byla v nich využívána přímočará hnací síla přenášená na pracovní nástroj z pístu jednoduchého parního stroje. Jednalo se o parní kladiva, parní buchary či parní lisy a podobná strojní zařízení. Stabilní parní stroj Parní stroj umístěný na jednom místě, obvykle v budově či místnosti, zvané strojovna, s níž je pevně spojen. Pokud nemá jednu určitou funkci (například pohon generátoru), je jeho mechanická práce obvykle rozváděna do okolí transmisemi, které slouží pro mechanický přenos hnací síly z jednoho zdroje k více spotřebičům. Zachovalé funkční parní stroje tohoto typu je mořno vidět v muzeích, vzniklých z původních provozů. V Čechách je to například v ekotechnickém muzeu v Praze Bubenči (bývalá čistička odpadních vod), nebo v hornickém muzeu v Příbrami. Lokomobila Lokomobila je mobilní komplet parního kotle a parního stroje. Jedná se vlastně o předchůdce dnešních traktorů. Lokomobily sloužily jako tahače ale i jako zdroj energie například v zemědělství. Obrázek 2.2 Lokomobila

Parní válec Parní válec je vozidlo sloužící k zarovnávání povrchu silnic. Konstrukčně se podobá lokomobile. Skládá se z ležatého parního kotle, k němuž jsou připevněna poháněná zadní kola, široký přední válec, na vrchu parní stroj se setrvačníkem a převody, a vzadu plošina pro obsluhu, vodu a uhlí. Ve druhé polovině 20. století byl z provozu vytlačen silničním válcem s dieselovým motorem a vibračním válcem.

Obrázek 2.3 Parní válec

Parní automobil Parní automobil je silniční dopravní prostředek, poháněný parním strojem. První pokusy s parním automobilem prováděl francouzský vynálezce Nicolas-Joseph Cugnot již v 18. století. Funkční prototyp jeho automobilu vyjel poprvé v roce 1769. V dalším roce postavil vynálezce vylepšený model a v roce 1771 s ním narazil do cihlové zdi, což je první známá automobilová nehoda. Stroj z roku 1770 je dodnes zachováv v pařížském Conservatoire des Arts et Metiers.

54

Obrázek 2.4 Parní automobil

Různé formy parních automobilů byly vyráběny až do třicátých let 20. století, ale byly to spíše nákladní typy. Prosadily se především v Anglii, ale i u nás můžeme jmenovat parní nákladní automobil Škoda-Sentinel. Dnes jsou parní automobily spíše jen kuriozitou. Pokusy s osobním automobilem poháněným párou prováděla v 60-tých letech firma Saab, ale vývoj skončil u prototypu. Úspěšný byl naopak prodej britského vozu Stanley Steamer. Parní lokomotiva Vynálezu parní lokomotivy předcházely pokusy s parními vozy. První vůz, pohybující se silou páry, sestrojil francouzský důstojník J. Cungot v roce 1769. V době svého největšího rozvoje, který nastal kolem poloviny 20. století, jezdilo ve světě téměř čtvrt miliónu parních lokomotiv, které zabezpečovaly zhruba 90 % veškeré železniční dopravy.

Obrázek 2.5 Parní lokomotiva

Přes mnohá vylepšení nebyla parní lokomotiva schopna obstát ve druhé polovině 20. století v konkurenci ostatních druhů lokomotiv. Koncem 20. století zmizely parní lokomotivy prakticky ze všech tratí. Jedinou zemí s významnějším provozem parních lokomotiv je dnes Čína (6 500 aktivních lokomotiv v roce 1996 - většina světového provozu posledních let). Ve zbytku světa jsou využívány sporadicky v místech výskytu levného uhlí (například Jižní Afrika) a jinde už jen pro turistické účely.

Obrázek 2.6 Loď poháněná parou – paprník

Parník Loď, poháněná parním strojem, později i parní turbínou.

2.1.3 Parní turbína Parní turbína je točivý tepelný stroj, který převádí tlakovou a kinetickou energii páry, přicházející z generátoru páry (parního kotle), na energii mechanického rotačního pohybu hřídele, osy stroje. Moderní parní turbínu vynalezl Sir Charles Parsons v roce 1884. Postupně byla zdokonalována a spolu se spalovacím motorem ve dvacátém století postupně nahradila parní stroj, který předčila účinností provozu. Parní turbína se obvykle skládá z jednoho, nebo několika postupně se zvětšujících lopatkových kol. Z nichž ta nepohyblivá lopatková kola, která jsou součástí statoru stroje, se nazývají rozváděcí. A ta pohyblivá, která jsou spojena s rotující osou (resp. jsou umístěna na hřídeli) stroje, se nazývají oběžná a spolu s hřídelí (osou) tvoří rotor.

55

Pro zvýšení účinnosti bývají obvykle velké parní turbíny rozděleny na několik stupňů, dílů – vysokotlaký a nízkotlaký, případně i středotlaké stupně (podle tlaku páry). Mezi jednotlivými stupni může být zapojen regenerátor páry, který zchladlou expandovanou páru znovu ohřeje.

Obrázek 2.7 Rotor parní turbíny

Parní turbína je využívána především v energetice pro pohon alternátoru tepelných elektráren (uhelných nebo jaderných), se kterým je mechanicky spojena společnou hřídelí, nebo jako jako lodní pohon (parník, bitevní loď, jaderná ponorka). 2.1.3.1.1 Konstrukce parních turbín Lopatky - Oběžné lopatky jsou vyrobeny frézováním, nebo přesným litím. Proti kmitání se zajišťuje spojením konců kapek bandáží, nebo vyztuženým dráty. Skříň - Je odlitá z oceli, horizontálně dělená s tvarem přizpůsobeným tvaru rotoru. Ucpávky - Labyrintové s postupnou expanzí unikající páry. Ložiska - Rotor je uložen v radiálních ložiscích a pro zachycení axiální síly je vloženo axiální ložisko.

2.2

Obrábění kovů

2.2.1 Rozvoj přesného strojírenství

Obrázek 2.8 první soustruh

Pro počátky strojního obrábění kovů byly nejdůležitější dvě technologie – vrtání a soustružení. Vrtání je považováno za jednu z nejstarších technologií obrábění, již v době kamenné byla vynalezena smyčcová vrtačka – u té byl tětivou poháněn vrták. Vrtání zůstávalo po staletí ručním typem obrábění. Pokrok nastal v 15. století, kdy byla představena vrtačka na dřevo s klikovým mechanismem. Na počátku 17. stol. byl vynalezen vyvrtávací stroj, který byl poháněn vodním kolem. V pozdějším vývoji obráběcích strojů zaujaly příslušné místo frézky se svými nástroji frézami. První frézy byly zhotoveny na konci 18. století, používaly se hlavně v zámečnictví a na různé pilovací práce. Postupně vznikly dvě základní konstrukce fréz: frézy frézované (zuby se zde jen frézovaly) a frézy podsoustružené (zuby se frézovaly a podsoustružily). První frézovací stroj vznikl na začátku 19. století, asi v roce 1818, tato nejstarší frézka měla již všechny základní části těch současných.

V roce 1862 byla zkonstruována univerzální frézka. Byla určena k výrobě šroubových vrtáků, jejichž drážky se do té doby pilovaly. Frézováním se dosáhlo větší přesnosti a výroba se tak urychlila. Touto frézkou byl také zahájen rychlý vývoj konzolových frézek. Tato univerzální frézka z roku 1862 měla již všechny podstatné znaky novodobých frézek a vyznačovala se na tehdejší dobu velmi úhlednou a účelnou konstrukcí. K rozsáhlejšímu upotřebení fréz v technické praxi došlo až v roce 1867 po skončení světové výstavy v Paříži, kde byl předváděn způsob práce s frézou. 56

Obrázek 2.9 Stolní vrtačka s mechanickými traverzéry

V 19. století byl vývoj urychlen zbrojní technikou a vynálezem parního stroje. V následujícím století se o další vývoj zasloužily zejména automobilismus a letectví. Okolo roku 1840 byla většina pilovacích prací nahrazena frézováním, nejprve ve zbrojovkách a později i v podnicích, které se zabývaly výrobou textilních, šicích, psacích a hodinářských strojů.

Postupně se obráběcí stroje dostaly na tak vysoký stupeň vývoje, že se od nich požadovalo, aby jejich výrobky byly zhotovovány s přesností až na setiny a tisíciny milimetru. To zajistila obráběcí technika v roce 1874, kdy byla vykonstruována univerzální bruska k broušení do kulata. Frézovací stroje, podobně jako jiné obráběcí stroje, byly neustále zdokonalovány. Na jejich celkovou konstrukci měly největší vliv rychlořezné oceli, zavedené do výroby okolo roku 1900, a tvrdé kovy. S rozvojem průmyslu se frézy staly naprosto nepostradatelnými ve většině odvětví stavby strojů. Frézované plochy se vyznačují velmi dobrou jakostí povrchů a frézované výrobky nemají často zapotřebí žádných zvláštních dokončovacích prací.

2.3

Moderní doprava

2.3.1 Lodní doprava Konstrukce lodí se v průběhu let neustále zdokonalovala. Původní pohon silou lidských svalů nahradilo stále dokonalejší oplachtění plachetnic, které bylo během 19. a 20. století nahrazeno parním strojem parníků a pak různými druhy spalovacích Obrázek 2.10 Námořní nákladní doprava motorů. Kromě ohromných zaoceánských a námořních i říčních lodí se souběžně vyvíjejí i malé a sportovní lodě – jachty, kánoe, kajaky, rafty a další. Stavební materiál lodí se změnil až v 19. století. Do té doby se využívalo téměř výhradně dřevo. Například staří Egypťané ale pro nedostatek dřeva vyráběli lodě i z rákosu a papyru. Dřevo bylo od devatenáctého století postupně nahrazeno u větších lodí prakticky výhradně ocelí. V některých speciálních případech jsou dnes využívány i kompozitní materiály, např. skelný laminát nebo uhlíkové kompozity. 2.3.2 Železnice Vývoj, který vedl k železnici, se neodvíjel na veřejných silnicích, ale v dolech, kde nejpozději v roce 1530 existovaly kolejové důlní vozíky či kárky. V anglickém hornictví se vyvinul do konce 18. století systém, ve kterém se vozidla pohybovala na kolech s okolky na (z počátku železných) kolejnicích.

Obrázek 2.11 Koleje

Počátkem dějin železnice v dnešním smyslu byl rok 1804, když Richard Trevithick uvedl do provozu první parní lokomotivu. Lokomotiva tehdy měla ještě kola bez okolků. Vedení po kolejích bylo, jak bylo u tehdejších konstrukcí koňských drah Wagonway obvyklé, zajištěno hranou na vnější straně kolejnic. Geometrický princip Wagonway byl v později překonán, u autobusových drah byl ale dále rozvíjen, 57

a hrany vodících lišt se nachází na vnější straně kolejnic. První veřejná železnice zahájila provoz v roce 1825 ze Stocktonu do Darlingtonu v Anglii a mimo zboží také poprvé v historii přepravovala i osoby. Kola železničních vozů již měla stejné okolky, jako mají dnešní vozy, a měla dnešní normální rozchod kolejí 1435 mm. Železnice v 19. století během několika desetiletí vytvořila hustou dopravní síť, která významně zkrátila dobu cestování v Evropě a v Severní Americe. Působila jako katalyzátor průmyslové revoluce, vytvořila potřebu vzniku těžkého průmyslu a díky svému rozvoji vytvořila předpoklad velké poptávky po železe, oceli a strojích. Vznikla moderní stavba mostů a tunelů, aby bylo možno stavět železniční tratě. Moderní akciová společnost je reakcí na potřebu kapitálu pro železniční projekty, které již nemohl sám žádný soukromý investor financovat. Ve válkách v 19. století se ukázala obrovská strategická výhoda dobře vybudované železniční sítě. Především prusko-francouzská válka se stala je příkladem velké výhody dopravy vojenských oddílů a jejich zásobování po železnici a tím získání rozhodujícího vlivu ve válce. Proto vlády evropských zemí s velkou pozorností a rychlostí podporovaly a řídily výstavbu národních železničních sítí. Vojenský význam železnice byl největší v první světové válce. Nezastupitelnou úlohu hrála železnice i za druhé světové války, kdy mj. umožnila po německé invazi do Sovětského svazu záchranu sovětského těžkého průmyslu pro válečnou výrobu přesunem obrovského množství strojního vybavení továren do bezpečí na východ. Dopravní výkonnost železnice sice rostla, ale ne v tak velké míře jako v motorizované individuální dopravě. Nákladní železniční doprava v Severní Americe si dodnes udržela silnou pozici. V Evropě a v Japonsku si železniční doprava dokázala obhájit své pozice v osobní dopravě, mimo jiné také díky výstavbě vysokorychlostních tratí. 2.3.3 Automobily Nejvýznamnější část historie automobilů se začala psát koncem 18. století, kdy byly realizovány první úspěšné pokusy s vozidly poháněnými parním strojem. K jejich prvním konstruktérům patřili Skot James Watt, nebo Francouz Nicolas Joseph Cugnot. Jeho parní stroj uvezl v roce 1769 čtyři pasažéry a dokázal vyvinout rychlost až 9 km za hodinu. Počátek 19. století byl stále doménou parních strojů, které se postupně zlepšovaly a zrychlovaly. Nic to ovšem neměnilo na jejich provozní náročnosti a těžkopádnosti. Zvrat nastal ve druhé polovině 19. století, kdy se konstruktérům podařilo zprovoznit první spalovací motory. V letech 1862 až 1866 vyvinul Nicolaus Otto první čtyřdobý spalovací motor. Obrázek 2.12 Tatra Prezident Vlastní vývoj dnešních automobilů začal v roce 1885 německém Mannheimu u Karla Benze, který si nechal patentovat svoji motorovou tříkolku. V roce 1887 zcela nezávisle na Karlu Benzovi začal automobily stavět také Gottlieb Daimler, který při výrobě motorů spolupracoval s Wilhelmem Maybachem. V roce 1897 pak Němec Rudolf Diesel sestrojil první provozuschopný vznětový motor. Prvním automobilem vyrobeným na území dnešní 58

České republiky byl v letech 1888-1889 druhý Marcusův automobil vyrobený v adamovském podniku. Prvním funkčním automobilem vyrobeným na území dnešní České republiky byl v roce 1897 Präsident (na počest prezidenta rakouského autoklubu) postavený v Kopřivnické továrně pro výrobu a prodej kolejových vozidel (dnešní Tatra). V roce 1898 následoval první nákladní automobil. Automobily Benz začaly být roku 1898 vybavovány otočným řídicím čepem. Obrázek 2.13 Moderní automobil

Počátkem 20. století se rovněž objevily první elektromobily. Soutěž mezi automobily s parním, elektrickým a spalovacím motorem trvala téměř až do konce prvního desetiletí 20. století. Poté začaly dominovat automobily se spalovacím motorem, i když z hlediska efektivity přenosu energie je i po století vývoje dvakrát výhodnější elektromobil. Ve dvacátém století se benzínem či naftou poháněné automobily staly nejvýznamnějším dopravním prostředkem. Revoluci ve výrobě a masové rozšíření automobilů odstartoval v USA Henry Ford tím, že vymyslel a vyrobil lidově dostupný automobil.

Meziválečný masívní rozvoj motorových vozidel měl v následujících desetiletích ve všech západních zemích za následek útlum provozu na velké části železniční sítě. 2.3.4 Letadla a letecká doprava Významný krok učinil benediktinský mnich Eilmer počátkem 11. století, který letěl 200 metrů kluzákem. Dalším, kdo se aktivně zajímal o konstrukci létajících strojů, byl Leonardo da Vinci, jehož návrhy předběhly ostatní konstruktéry asi o 400 let. Ti se snažili zprvu jen napodobovat let ptáků a jejich obléknutelná křídla žádný úspěch nezaznamenala. Pro aeronautiku byl zlomovým rok 1738, kdy švýcarský matematik Daniel Bernoulli objevil princip vztlaku. V podstatě jde o to, že plyny a kapaliny pohybující se rychle vytváří menší tlak než ty pomalejší. Obrázek 2.14 Princip funkce křídla

Tento objev dal vzniknout tvaru křídla v takové podobě, v níž ho známe dodnes. Prakticky jde o to, že vzduch se rozdělí na hraně křídla na dvě části. Ta část, která obtéká horní (vyklenutou) část křídla, musí urazit větší vzdálenost, a proto se pohybuje větší rychlostí než vzduch proudící pod spodní plochou stranou křídla. Díky tomu je nad křídlem menší tlak než pod ním. Tento rozdíl se nazývá vztlak.

59

Vztlaku se snažilo v 19. století využít mnoho leteckých Obrázek 2.15 Letadlo bratří Wrightů průkopníků při konstrukci primitivních kluzáků. Prvním, komu se to povedlo, byl roku 1853 sir George Cayley, který je často titulován jako "otec létání". Ovšem na skutečné letadlo muselo počkat až do 90. let 19. století, kdy bratři Wrightové zkonstruovali křídlo umožňující plně kontrolovaný let. To mělo v řezu tvar kapky, tedy široké a zaoblené na náběžné hraně a úzké na hraně odtokové. Poslední překážkou letu strojů těžších než vzduch již byla jen otázka, jak dosáhnout potřebného vztlaku, tedy rychlosti proudění vzduchu kolem křídel. Bratři Wrightové to vyřešili lehkým motorem, který poháněl vrtuli složenou z několika listů tvaru křídel umístěných na letadle ve svislé poloze. Tím vytvářeli "tah", který poháněl letadlo dopředu; tím bylo dosaženo dostatečné rychlosti a tím i proudění vzduchu k vzniku vztlaku umožňujícího let. První let uskutečnili bratři Wrightové s takovýmto strojem pojmenovaným Flyer I (avšak dnes je známý spíš jako Kitty Hawk) 17. prosince 1903 v Severní Karolíně. Let trval 12 sekund, za nichž stroj uletěl 36 metrů. Stejný princip, který použili bratři Wrightové, se začal používat u všech poté konstruovaných letadel, a to až po ta dnešní. Rozdílné je dnes jen použití materiálů a proudových motorů vynalezených ve 40. letech 20. století. Mezníky v rozvoji letectva  kolem 1500 – Leonardo da Vinci se zabýval principy konstrukce létajícího stroje  1754 – Michail Vasilievič Lomonosov sestrojil model vrtulníku na meteorologické zkoumání atmosféry  1783 – Joseph Michel Montgolfier a Jacques Étienne Montgolfier sestrojili papírový balón, v kterém se jako první lidé vznesli Jean-François Pilâtre de Rozier a François Laurent d'Arlandes  1882 – Alexandr Fjodorovič Možajskij uskutečnil první úspěšné pokusy řízeného letadla těžšího než vzduch za pomoci nakloněné roviny  1891 – Otto Lilienthal letěl poprvé na závěsném kluzáku vlastní konstrukce  1900 – Ferdinand von Zeppelin uskutečnil první lety se vzducholodí  1903 – Bratři Wrightové uskutečnili první řízený let letounu  1906 – Alberto Santos-Dumont uskutečnil první uznaný Obrázek 2.16 Proudový letoun F15 let letounu v Evropě.  1909 – Louis Blériot přeletěl poprvé kanál La Manche  1919 – John Alcock a Arthur Whitten Brown na letadle Vickers Vimy uskutečnili první přelet Atlantského oceánu (na trase Newfoundland - Irsko)  1919 – George Herbert Scott přeletěl poprvé Atlantský oceán vzducholodí (trasa Skotsko - Newfoundland)  1927 – Charles Augustus Lindbergh uskutečnil první sólo přelet letounem na trase New York - Paříž  1947 – Chuck Yeager na experimentálním letadle Bell X-1 jako první překročil rychlost zvuku.

60

2.4

Stavebnictví a stavitelství

Stavebnictví a stavitelství patří mezi významné technologie, které stejně jako jiné zaznamenaly v letech průmyslové revoluce velký rozvoj. S nárůstem velkoobjemové výroby vyvstaly otázky kde tuto výrobu umístit (projekce továrních hal), jak vyrobené zboží dostat k zákzníkům (pozemní dopravní stavby s vyššími nároky na zátěž) a jak zlepšit zásobování výroby běžnými surovinami jako je například voda (výstavba vodovodní sítě). Na všechny tyto otázky a mnoho dalších začalo odpovídat stavební inženýrství. Stavebnictví Stavebnictví je tedy hospodářský obor, který zajišťuje výstavbu, údržbu, modernizaci, rekonstrukce a demolice staveb. Pro lidskou společnost plní několik funkcí:     

sociální (bydlení, kultura, zdravotnictví, vzdělávání, sport) průmyslová výroba zemědělská výroba doprava energetika

Stavebnictví je členěno do čtyř základních skupin:    

Pozemní stavby – stavby pro bydlení, občanské stavby, průmyslové stavby a zemědělské stavby Dopravní a podzemní stavby – mosty, silnice, tunely, železnice, letištní plochy Vodohospodářské stavby – přehrady, úpravy vodních toků, meliorace Speciální stavby – stožáry, podzemní kolektory

Stavebnictví tak představuje velmi komplexní obor lidské činnosti, zahrnující v sobě nejenom složky technické, technologické a ekonomické, ale i estetické a ekologické. Beton a železobeton Beton je kompozitní stavební materiál sestávající z pojiva a plniva. Po zatuhnutí pojiva vznikne pevný umělý slepenec. Nejčastějším druhem betonu je tzv. cementový beton (CB), kde je pojivem cement a plnivem kamenivo; dalším materiálem pro výrobu je voda. Moderní portlandský cement poprvé použil v roce 1756 britský inženýr John Smeaton. Míchačky byly na stavbách zaváděny ve dvacátých letech minulého století hlavně kvůli míchání betonu. Ruční míchání vápenné malty nebyl problém. Beton však musel být míchán v přesném poměru a ve stále stejné kvalitě, což bylo nutné např. u železobetonových nosníků. Byly tu i důvody ekonomické: do ručně míchaného betonu se musí dávat více cementu, protože se musí počítat s nedokonalou ruční prací. Už v té době vznikl výrok polírů: "S betonem jdou dělat největší kouzla." V roce 1907 Thomas Alva Edison poprvé zavedl lití betonu do konstrukce. Prostý beton je odolný především vůči namáhání tlakem, naproti tomu snese pouze malé tahové zatížení. Proto se beton kombinuje s železnou výztuží – vzniká železobeton. Jako výztuž se používají i kabely, které se napnou a vnáší do betonu tlak – předpjatý beton. Další možností je přidat různá vlákna, drátky apod., vzniká vláknobeton či drátkobeton. Jako příměs je možno použít i moderní materiály, jako jsou uhlíková vlákna, a zvýšit tím pevnost betonu ještě o několik desítek procent.

61

Lehčený beton, u kterého bylo vylehčení dosaženo při výrobě vytvořením pórů do hmoty betonu, nazýváme pórobeton. Ocelové konstrukce Jakmile litina a ocel nahradila cihly jako základní materiál, mohly se budovat vysoké budovy, které byly vybaveny výtahy. Zatímco u starších výškových budov je jejich výška motivována praktickými (např. majáky), nebo ideovými (kostelní věž) důvody, ke stavbě mrakodrapů vedly důvody komerční. S růstem městské populace v druhé polovině 19. století se zvyšovaly nároky na výstavbu, což vedlo k výraznému zvýšení cen stavebních pozemků. V Chicagu byl pak přímým impulzem k výstavbě mrakodrapů velký požár v roce 1871. Důležitou roli tehdy sehrál také začátek průmyslové výroby oceli a vývoj výtahů.

Obrázek 2.17 Mrakodrapy – železobetonové konstrukce výškových budov

Mrakodrapy jsou však často kritizovány z mnoha důvodů. Snad největší problém je požár, kdy evakuace a záchranné práce jsou velmi složité. Dalšími nežádoucími jevy bylo zemětřesení a extrémní meteorologické zatížení (vítr, prudký a vytrvalý déšť, vysoké nebo nízké venkovní teploty) a další faktory. Výtah Výtah (zdviž) je dopravní prostředek užívaný jako zdvihací zařízení pro dopravu osob nebo nákladů svislým nebo šikmým směrem po pevné dráze. Je to v podstatě plošina, která je mechanicky tažena nebo tlačena. Nejčastěji se používají lana, řetězy nebo hydraulika. Moderní výtah bývá tvořen kabinou umístěnou ve výtahové šachtě. V minulosti byly výtahy poháněny vodou, párou nebo i lidskou silou, dnes převažuje elektrický pohon. Důlní díla

Obrázek 2.18 Uhelný kombajn – moderní těžební stroj

Další uplatnění ocelových konstrukcí (Hajcman) bylo při zajišťování podzemních děl a důlních štol. Ocelová konstrukce nahradila konstrukci dřevěnou (Výdřeva). Na rozdíl od výdřevy, která byla poddajná jen částečně, je ocelová oblouková výztuž poddajná při zvýšeném působení tlaku okolní horniny. Pří působení tlaku okolní horniny sice dojde ke zmenšení průřezu důlního díla, ale zůstane zachována únosnost a bezpečnost horníků.

62

Ocelové mosty Ocelové mosty jsou většinou stavěny z ocelových trámů a lan. Přesto ře má ocel jako kovový materiál poměrně nízkou teplotní roztažnost při konstrukci dlouhých mostů i tato vlastnost hraje důležitou roli. Dlouhé ocelové mosty, které se proto svařují z několika dílů a staví se lépe v zimě. Nejvíce problémů je s mostem, situovaným z východu na západ. V létě je jižní strana mostu rozpálena sluncem, západní strana, která je ve stínu je chladnější. Dochází i k několikacentimetrovému roztažení, což činí problémy se sváry konstrukce. Tahové síly v ocelové konstrukci jsou pak obrovské.

2.5

Obrázek 2.19 Ocelová konstrukce mostu

Uhlí a kovy

Z pohledu využití uhlí a kovů bylo zásadní událostí vydání spisu De re metallica libri XII (v překladu z latiny Dvanáct knih o hornictví a hutnictví). Jedná se o spis významného německého učence Georgia Agricoly vydaný krátce po autorivě smrti v roce 1556 v Basileji. De re matallica pojednává o výskytu, vyhledávání, dobývání a zpracování nerostů. Ve své době bylo dílo pokládáno za nejúplnější spis v oblasti hornictví a v několika následujících staletích bylo využíváno jako víceméně autoritativní učebnice.            

Kniha I „obsahuje to, co by proti této vědě, kovům a horníkům bylo lze namítati, nebo čím tito mohou odporovati.“ Kniha II „poučuje horníka a přechází v obvyklé pojednání o nalézání žil.“ Kniha III „jedná o žilách a žilkách a jejich přemístění.“ Kniha IV„vykládá způsob vyřizování žil a dotýká se úřadů hornických.“ Kniha V „poučuje o rubání žil a o umění měřičově.“ Kniha VI „popisuje nástroje a stroje hornické.“ Kniha VII „jedná o zkoušení rud.“ Kniha VIII „učí o umění, jak drtiti rudu, plaviti a pražiti.“ Kniha IX „líčí způsob vytavování rudy.“ Kniha X „vzdělává hutníky k povolání oddělovat stříbro od zlata a olovo od téhož stříbra.“ Kniha XI „zasvěcuje do způsobů, jak oddělovati stříbro od mědi.“ Kniha XII „dává naučení, jak vyráběti sůl, sodu, ledek, kamenec, vitriol, síru, skalní vosk a 2.5.1 sklo.“

63

2.5.1 Těžba uhlí Obrázek 2.20 Průřez důlním dílem – hlubinný důl pro těžbu uhlí

Doložené zprávy o těžbě uhlí jsou z Británie 13. století, kdy se začalo uhlí kopat na severním pobřeží. Nebyla to těžba ani dobývání v pravém slova smyslu. Jednalo se o sbírání kusů uhlí na uhelných výchozech. Z New Castle bylo po moři dováženo do Londýna pro tamní kováře. Londýňané tomu nebyli nakloněni a tvrdili, že uhelný kouř je jedovatý a zabíjí. Roku 1316 byl vydán královský edikt, kterým se přísně zakazovalo topení uhlím. Během druhé poloviny 14. století se ovšem uhlí opět prosazuje a stoupá jeho spotřeba. Se stoupající spotřebou bylo nutné zvyšovat těžbu, zakládat nové doly, odvodňovat jejich štoly a dopravovat vytěžené uhlí na povrch. Británie byla první země, která začala uhlí těžit a taky první země, která jej začala vyvážet. V ostatních zemích se začalo s těžbou později. V Německu bylo uhlí nalezeno až v 16. století. V Čechách započala těžba v 15. Století. Zásadní rozvoj ovšem nastal až v 18. století s průmyslovou revolucí, kdy bylo potřeba kvalitní palivo pro parní stroje a pro výrobu železa. Vysoká spotřeba uhlí při výrobě železa vedla k výstavbě železářských továren v blízkosti uhelných dolů. Dnes se uhlí těží v zásadě dvojím způsobem: dobýváním v hlubinných dolech, nebo těžbou v dolech povrchových. Technologie dobývání v hlubinných dolech je technologicky náročnější. 2.5.2 Kování a lití železa Kování Prvotním materiálem používaným ke kování bylo meteorické či zemní železo, již v této době se vědělo, že existují značné rozdíly v kvalitě materiálu. Poté co se železo začalo těžit systematicky, byl tento rozdíl znám velmi dobře a projevoval se samozřejmě především v ceně. Během krátké doby byly objeveny slabiny i výhody jednotlivých materiálů, což ovlivnilo jejich další využití. Nejdůležitější vlastností z hlediska kování je kujnost materiálu (tvárnost). Kujností je myšlena schopnost materiálu trvale měnit tvar, tuto schopnost má samozřejmě každý kovářský materiál, ale záleží na tom, za jakých podmínek ji získává. Čím je materiál kujnější, tím jsou finální výrobky měkčí. Za další, z hlediska kováře, důležité vlastnosti lze považovat tavitelnost (schopnost roztavit materiál) a svařovatelnost, tj. schopnost materiálu se spojit. Nejlépe se svařuje měkká ocel.

64

Z hlediska výrobků je pak důležitá jeho křehkost a odolnost vůči korozi, stálost, především pak pevnost (tj. odpor proti porušení ohýbáním, atp.), tvrdost (tj. odpor proti pronikání cizího předmětu) a houževnatost (tj. odolnost proti působení síly, např. ohýbání). Po drtivou většinu kovářské historie byla známa a využívána především uhlíková ocel, legovaná ocel byla objevena teprve nedávno, proto do historie a vývoje kovářství nijak nepromluvila. Použití jednotlivých druhů oceli O vlastnostech oceli rozhoduje především obsah uhlíku. Vyšší obsah uhlíku zvyšuje pevnost, ale i lámavost a křehkost finálního výrobku. Navíc se s množstvím uhlíku zhoršuje svařitelnost a snižují se možnosti obrábění. Z dalších prvků, které se významným způsobem podílejí na vlastnostech výsledného výrobku lze jmenovat především síru, fosfor, mangan, nikl a křemík. Železo a měkká konstrukční ocel nejsou kalitelné, ale jsou velmi houževnaté, proto je kováři využívali především na výrobu kování, skoby, atp. Uhlíkové oceli lze kalit, proto se využívaly na výrobu nástrojů. Druhy paliv V kovárnách se dříve používalo výhradně dřevěné uhlí, které lze dokonale spálit a je prakticky prosté síry. Nevýhodou je fakt, že rychlé hoří. Dnes se používá výhradně ke zpracování malých předmětů z kvalitních ocelí. V současnosti se v kovárnách nejčastěji používá kamenné kovářské uhlí. Toto uhlí se na výheň přikládá mokré, při hoření se spéká, čímž chrání ohřívaný materiál před ochlazením. Nevýhodou je značný obsah síry, nižší výhřevnost a tvorba odpadní škváry. Pokud je potřeba dosáhnout nižšího obsahu síry, je uhlí nutno propírat. Na větší práce lze využít i koks, který má výhřevnost do 7300 kcal a nevytváří škváru, ale jeho způsob hoření není pro kovářskou práci příliš výhodný. Pomocné prostředky V kovárnách je potřeba značné množství vody, která se používá především ke kalení, kvalita a složení vody mají na finální produkt velký vliv. Ke kalení se nejlépe hodí voda, která již byla ke kalení několikrát použita, proto je prováděno tzv. zakalování vody. Voda je dále využívána k chlazení nástrojů a ke skrápění ohně. Mezi pomocné prostředky lze dále řadit mnoho druhů cementačních prášků, kalících prostředků a svářecích přípravků. Odpad V kovárnách vzniká značné množství odpadu, který je označován jako kovářská struska. Tu tvoří popel a zbytky paliva a tzv. okuje (odpadlé kousky materiálu). Okuje a zbytky paliva se spékají do škvárovité hmoty. Lití Odlévání je způsob výroby různých předmětů tím, že se kapalný (roztavený) kov nebo jiná kapalina nebo suspenze schopná ztuhnout vlévá do formy potřebného tvaru. Způsob výroby odléváním se volí především pro výrobky složitých tvarů, které se nedají vyrobit jiným způsobem (např. obráběním nebo svařováním). Mezi typické výrobky patří zvony a výrobky z litiny. Továrna, kde se odlévají kovové výrobky, je označována jako slévárna, profese zabývající se slévárenstvím pak slévač.

65

Potřebný kov je produktem hutnictví, vyrobený odlitek bývá, nejde-li např. o výrobu uměleckých předmětů, dále zpracován ve strojírenském závodě. Forma obsahuje dutinu, která je negativem požadovaného výrobku, a v ní případně tzv. jádro. Po ztuhnutí odlévané látky a odstranění formy vzniká odlitek. Ten je buď konečným produktem, nebo polotovarem pro další zpracování - obrábění apod. Forma se vytváří podle modelu, zhotoveného ze dřeva, vosku i jiných materiálů. Tvar modelu je odvozen z požadovaného tvaru odlitku zvětšeného o přídavek na smrštění, navíc jsou na něm vymodelovány tvary potřebné pro výrobní proces - vtoky, odvětrání apod. Odlévání je 6000 let starý proces. Dosud nejstarší důkaz o odlévání je měděná žába zhotovená asi 3200 let př. n. l.

2.5.3 Nástup levné oceli Ocel je slitina železa, uhlíku a dalších legujících prvků, která obsahuje méně než 2.11 % uhlíku. V praxi jsou jako ocele označovány slitiny, které obsahují převážně železo, a které je možno přetvářet v další sloučeniny. Při obsazích uhlíku vyšších než 2.14 % se hovoří o litinách. Výroba oceli je metalurgický proces, při kterém se ze surového železa vyrobeného ve vysoké peci získává slitina železa s uhlíkem a dalšími chemickými prvky. Množství uhlíku je sníženo na požadovanou úroveň. Podobně jsou odstraňovány i jiné nežádoucí prvky např. síra a fosfor. Naopak do oceli jsou přidávány další, tzv. legující prvky, zlepšující vlastnosti výsledné oceli. Typickými legujícími prvky jsou mangan, křemík, hliník, chróm, nikl a další. Průmyslová výroba oceli První pokusy o výrobu oceli ve větším měřítku vedly

Obrázek 2.21 Bessemerův konvektor

k použití pudlových pecí. V Anglii převládá výrobní proces cementace oceli, po kterém někdy následuje přetažení na kelímkovou ocel. Jde o vsádkové procesy, kdy surovinou je tyčové železo. Problém velkovýroby levné ocelí byl vyřešen v roce 1855. Tehdy byl zaveden Bessemerův konvertor v ocelárně v Sheffieldu, Anglie (patřila Henry Bessemerovi). Proces porbíhá ve velkém kelímku (objem cca 3-10m3), do kterého je nasazeno surové železo vyrobené ve vysoké peci. Následně je masa železa zespodu profukována vzduchem. Přiváděný kyslík oxiduje (dopaluje) uhlík v surovém železe, který odchází ve formě bublin CO nebo CO2. Se snižující se koncentrací uhlíku v oceli se zvyšuje její teplota tání, potřebnou energii pro udržení oceli v tekutém stavu dodávájí probíhající spalovací (exotermní) reakce. Po dosažení potřebné koncentrace uhlíku v oceli je dmýchání vzduchu ukončeni. Typický Bessemerův konvertor byl scopen za půl hodiny vurobit přibližně 25 tun oceli.

66

V roce 1952 byl firmou Voest-Alpine představen kompletní kyslíkový proces. Zásadní změnou bylo dmýchání čistého kyslíku místo vzduchu. Hlavní výhodou bylo snížení přísunu dusíku do oceli a zlepšení energetické bilance procesu, protože nedocházelo ke zbytečnému ohřevu téměř tří čtvrtin dmýchaného plynu. Kyslík byl přívaděn trubkou shora později ze strany convertoru, což vyžadovalo výrazně nižší tlak plynu, oproti zespod konvertoru dmýchanému vzduchu. V moderních ocelárnách se dnes využívá pouze kyslíkový proces v tandemových pecích nebo kyslíkových konvertorech. Jedna tavba obvykle umožňuje vyrobit kolem 100-200 tun oceli.

Obrázek 2.22 Schéma ocelářské elektrické obloukové pece,

S rostoucím využíváním oceli nastal problém s její recyklací. Vysloužilá ocel se zpracovává zpětným přetavením dnes v elektrických obloukových pecích, kde se pro dosažení teploty tavení využívá elektrický oblouk. Až do tohoto vývoje v 19. století byla ocel drahou komoditou, která sloužila pouze k omezeným účelům, kde bylo zapotřebí zvláště tvrdé nebo pružné kovové materiály (břity nástrojů a pružiny). Všeobecná dostupnost levné oceli byla hnací silou druhé průmyslové revoluce a moderní společnosti, jak ji známe. Měkká ocel nakonec zcela nahradila kujné železo téměř ve všech aplikacích a kujné železo pak sloužilo pouze jako meziprodukt při výrobě oceli. Jeho komerční využití bylo minimální. Legované oceli se začaly vyrábět, až na vyjímky, na konci 19. století. Nerezové oceli pak před první světovou válkou. Do dvacátých let minulého století však jejich používání nebylo příliš obvyklé. 2.5.4 Neželezné materiály Zinek Zinek (chemická značka Zn, latinsky Zincum)je měkký lehce tavitelný kov, který se používá jako součást různých slitin, například mosaz. V Evropě nebyla výroba zinku známa, a proto se zinek v 17. a 18. století dovážel z Číny loděmi nizozemské Východoindické společnosti. První výroba zinku v Evropě započala na začátku 18. století v Anglii v oblasti Bristolu. Velmi rychle se započalo s výrobou také ve Slezsku a Belgii. Surovinu pro výrobu 90 % zinku tvoří jeho sulfidické rudy. Sulfid zinečnatý se praží za přístupu kyslíku, kdy vzniká oxid zinečnatý. ZnS + 3 O2→ 2 ZnO + 2 SO2 Vznikající oxid siřičitý se přitom obvykle zachycuje a používá následně pro výrobu kyseliny sírové. Oxid zinečnatý se dále zpracovává elektrolyticky nebo tavením s koksem. V průmyslu má zinek široké použití, a to hlavně na pozinkování, k výrobě sloučenin, slitin s mědí, zinkových polotovarů, zinkových slitin a zinkového prachu. Nejvíce zinku se spotřebuje na pozinkování ocelových polotovarů (plechů, trubek, drátů), na jejichž povrchu vytváří zinek ochrannou vrstvu. Ze sloučenin má největší použití kysličník zinečnatý, který se uplatňuje při výrobě nátěrů a v gumárenství. Důležitý je též síran zinečnatý (bílá skalice), používaný k výrobě Litoponu a v zemědělství organické sloučeniny zinku.

67

Hliník Hliník (chemická značka Al, latinsky Aluminium), je velmi lehký kov bělavě šedé barvy, velmi dobrý vodič elektrického proudu, široce používaný v elektrotechnice a ve formě slitin v leteckém průmyslu a mnoha dalších aplikacích. Přestože hliník patří mezi prvky nejvíce zastoupené v zemské kůře, patřila jeho průmyslová výroba do ještě poměrně nedávné doby k velmi obtížným procesům. Je to především z toho důvodu, že elementární hliník nelze jednoduše metalurgicky vyredukovat z jeho rudy jako např. železo koksem ve vysoké peci. Teprve zvládnutí průmyslové elektrolýzy taveniny kovových rud umožnilo současnou mnohasettunovou roční produkci čistého hliníku. Při elektrolýze se z taveniny směsi předem přečištěného bauxitu a kryolitu při teplotě asi 950 °C na katodě vylučuje elementární hliník, na grafitové anodě vzniká kyslík, který ihned reaguje s materiálem elektrody na toxický oxid uhelnatý, CO. Nejdůležitější uplatnění hliníku je ve formě slitin, nejznámější je slitina s hořčíkem, mědí a manganem, známá jako dural. Tento materiál má oproti samotnému hliníku mnohem větší pevnost a tvrdost při zachování velmi malé měrné hmotnosti. Zároveň je i značně odolné vůči korozi. Tyto vlastnosti předurčují dural jako ideální materiál pro letecký a automobilový průmysl, ale využívá se také při výrobě výtahů, jízdních kol, lehkých žebříků a podobných aplikacích. Hořčík Hořčík (chemická značka Mg, latinsky Magnesium) je lehký, středně tvrdý stříbrolesklý kov. Využívá se při výrobě lehkých a pevných slitin. Kovový hořčík se průmyslově vyrábí obvykle elektrolýzou roztavené směsi chloridu hořečnatého a chloridu draselného. Chlorid draselný slouží jako přísada ke snížení teploty tání chloridu hořečnatého. Chlorid hořečnatý se získává z mořské vody nebo z koncentrovaných roztoků mořské soli (solanka) nebo tavením karnalitu. Při elektrolýze se na grafitové anodě uvolňuje chlor a na železné katodě hořčík (chlorid draselný se začne rozkládat až po rozložení chloridu hořečnatého). Roztavený hořčík stoupá v tavenině na povrch a sbírá se děrovanými lžícemi. V běžném životě se nejčastěji setkáme se slitinami hořčíku s hliníkem, mědí a manganem, které jsou známy pod názvem dural. Platina Platina (chemická značka Pt, latinsky Platinum) je velmi těžký a chemicky mimořádně odolný drahý kov stříbřitě bílé barvy. Vzhledem ke svým mechanickým vlastnostem a chemické odolnosti jsou platina a především její slitiny s rhodiem a iridiem používány na výrobu odolného chemického nádobí pro rozklady vzorků tavením nebo spalováním za vysokých teplot. Ve sklářském průmyslu je základním materiálem speciálních pecí na výrobu optických vláken. V chemickém průmyslu je platina a především její sloučeniny využívána jako všestranný katalyzátor v řadě organických syntéz. Katalytických vlastností jemně rozptýlené kovové platiny se využívá i v autokatalyzátorech, které slouží k odstranění nežádoucích látek z výfukových plynů. Platina se v přírodě vyskytuje prakticky pouze ve formě ryzího kovu, i když téměř vždy jsou v menší míře přítomny i další platinové kovy jako rhodium, palladium nebo iridium.

68

Chrom Chrom (chemická značka Cr, latinsky Chromium) e světle bílý, lesklý, velmi tvrdý a zároveň křehký kov. Používá se v metalurgii při výrobě legovaných ocelí a dalších slitin, tenká vrstva chromu chrání povrch kovových předmětů před korozí a zvyšuje jejich tvrdost. Hlavním postupem metalurgického získávání chromu je redukce chromitu uhlíkem (koksem) ve vysoké peci: FeCr2O4 + 4 C → Fe + 2 Cr + 4 CO Výsledkem je přitom slitina chromu se železem – ferrochrom, který lze dále přímo používat při legování speciálních ocelí a slitin s obsahem Fe a Cr. V každodenním životě se s chromem setkáme spíše jako s materiálem, chránícím kovové povrchy před korozí za současné zvýšení jejich estetického vzhledu. Klasickým příkladem je chromování chirurgických nástrojů i jiných zařízení používaných v medicíně (sterilizátory, zubařské nástroje a podobné předměty sloužící k vyšetření pacienta). V civilním životě nalezneme chromované předměty často ve vybavení koupelen, jako součást luxusních automobilových doplňků a v řadě dalších aplikací. Wolfram Wolfram (chemická značka W, latinsky Wolframium) je šedý až stříbřitě bílý, velmi těžký a mimořádně obtížně tavitelný kov (jeho teplota tání je nejvyšší ze všech kovů a po uhlíku druhá nejvyšší z prvků). Hlavní uplatnění nalézá jako složka různých slitin, v čisté formě se s ním běžně setkáváme jako s materiálem pro výrobu žárovkových vláken.

2.6

Zemní plyn, nafta, pryž

2.6.1 Věk plynu Obrázek 2.23 Plynové lampy, soudobý design

Zemní plyn je fosilním palivem, které vzniklo pravděpodobně jako důsledek postupného rozkladu organické hmoty. Nejnovější teorie o vzniku plynu – abiogenetická hypotéza – je objevem amerických vědců, hovoří o tom, že zemní plyn vznikl prostým štěpením uhlovodíků z vesmírné hmoty, která se na naši planetu dostala někdy v době její rané existence. Zemní plyn vyvolával v lidech dávnověku často zajímavé úvahy, většinou se ale shodli na tom, že něco podobného musí mít nadpřirozený původ.

Komerční využívání zemního plynu se datuje do konce 18. století, konkrétně k roku 1785. Tehdy se ve Velké Británii začal zemní plyn používat jako osvětlení do pouličních lamp. Plynárenství prošlo dvěma zásadními směry vývoje, tím prvním je etapa takzvaného svítiplynu, který byl vyráběn z uhlí či kapalných uhlovodíků a kterým se také začalo koncem 18. století s veřejným osvětlením. Na svítiplyn jezdily v první polovině dvacátého století i osobní automobily a používal se

69

i pro vaření v domácnostech a vytápění obytných prostor. Postupně byl ale svítiplyn nahrazen zemním plynem či elektřinou, jejichž provoz byl mnohem bezpečnější a ekonomičtější. V současné době se opět vrací plyn jako pohonná hmota automobilu, LPG (Liquefied Petroleum Gas) či CNG(compressed natural gas) jsou ale příliš málo využívané oproti benzínu či naftě, možná tento trend ale změní už blízká budoucnost, protože jde o levná paliva s minimálním produktem exhalací. Zemní plyn se samozřejmě využívá i v domácnostech celého světa, kde platí jako ekologická a nepříliš drahá surovina určená k vytápění či vaření. Zemní plyn je složen z plynných uhlovodíků a nehořlavých složek, obsahuje hlavně velké množství metanu (98 a více procent), není jedovatý a je zhruba dvakrát lehčí než vzduch. Těží se z hlubin země či mořského dna (v současnosti jde až o stametrové hloubky). Zemní plyn lze charakterizovat složením a také energetickým obsahem. Podle složení rozlišuje suchý (chudý) zemní plyn, který obsahuje velké procento metanu a malé množství vyšších uhlovodíků a vlhký (nebo též bohatý) zemní plyn, kde je bohatých uhlovodíků mnohem více. V neposlední řadě existuje i takzvaný kyselý zemní plyn, který obsahuje vysoké množství sulfanu, jenž se musí před hospodářským využitím plynu odstranit. Čtvrtá kategorie pak je zemní plyn s vyšším obsahem inertů. Podle energetického obsahu rozlišujeme jen dvě kategorie zemního plynu, plyn H a L. Zemní plyn s označením H má malý obsah nehořlavých složek, zemní plyn typu „L“ pak obsahuje velké množství dusíku a jiných intertních složek. 2.6.2 Ranné využívání bituminových depozitů Dehtové písky, také ropné písky nebo živičné písky, jsou směsí jílu, písku, vody a živic (bitumenů). Těží se kvůli živicím, které mohou být zpracovány na ropu. Živice neboli bitumen je souhrnné označení pro organické kapaliny, které jsou vysoce viskózní, černé barvy a zcela rozpustné v sirouhlíku. Asfalt a dehet jsou nejčastější formy živic. Asfalt se získává z ropy jako zbytek po vakuové destilaci, je to nejhustší složka ropy s nejvyšším bodem varu. Nejčastěji se využívá při stavbě silnic. Pokud se dehtové písky nalézají blízko zemského povrchu, těží se v povrchových dolech. Vytěžený materiál se promíchává s horkou vodou a ropné živice se sbírají z povrchu. Živice jsou mnohem hustší než běžná surová ropa, a aby mohly být transportovány v ropovodech, musí být buď smíchány s lehkou ropou, nebo se štěpí pomocí krakování. Na produkci jednoho barelu ropy jsou třeba dvě tuny dehtových písků. Odhaduje se, že 80 % kanadských dehtových písků je příliš hluboko pod povrchem. Pro hlubinnou těžbu jsou vyvíjeny metody, které vyžadují masivní injektáž horké vodní páry přímo do ložiska, čímž se živice uvolní a mohou být vypumpovány na povrch. Hlavními nevýhodami jsou nutnost mít poblíž vydatný zdroj vody a zdroj energie na produkci páry a také problém s velkým množstvím odpadní vody. Podle kritiků je masová těžba vzhledem k těmto problémům neproveditelná, zastánci těžby tvrdí, že se tyto technologie v budoucnu zefektivní. Vzhledem k tomu, že světové zásoby ropy jsou konečné, budou tyto a jiné nekonvenční zdroje ropy pravděpodobně v budoucnosti hrát větší úlohu než dnes.

70

2.6.3 Těžba ropy V minulosti existovaly lokality, kde ropa přirozeně vyvěrala na zemský povrch. Nyní se většina ropy získává pomocí vrtů. Dalším způsobem těžby je metoda povrchového dolování (kanadské ropné písky v provincii Alberta). Povrchové dolování je aplikovatelné jen na velmi těžkou ropu v mělkých hloubkách. Konvenčním způsobem získávání zásob je pomoci vrtů. Ropa zaujímá póry v hornině tvořící kolektor. Typicky je 60-90% objemu těchto pórů naplněno ropou a zbytek vyplňuje voda. Aby bylo možné ropu těžit, musí být ropa obsažená v pórech vytlačena jinou tekutinou. Část ropy však nadále zůstane v pórech. Jak velký je tento zbytek závisí na vlastnostech horniny a ropy, a také na vlastnostech tekutiny která ropu vytlačuje. Vytlačování vodou obecně zanechává v hornině menší množství ropy než vytlačování plynem. Při primárním způsobu těžby se Obrázek 2.24 Západ slunce nad ropnými poli využívá k vytlačení ropy z pórů několika přírodních pohonů:     

Přítok vody z hlubších částí ropné pasti Uvolnění a rozpínání plynu rozpuštěného v ropě Rozpínání plynové čepičky Kontrakce horninového skeletu kolektoru Gravitační síly.

Typ pohonu daného kolektoru během těžby určí jeho výtěžnost. U ropných kolektorů se primární výtěžnost typicky pohybuje v rozmezí 25-40% (maximum 75%). Optimální výtěžnost je u kolektorů s vodním pohonem v rozmezí 30-60%. S postupem času tlak klesá až k bodu, kdy musí nastoupit sekundární metody, jako je čerpání ropy pomocí pump, nebo udržování podzemního tlaku vodní injektáží, zpětným pumpováním zemního plynu, vzduchu, příp. CO2. Sekundárními metodami se podaří vytěžit dalších 5–15 % ropy v kolektoru. Nakonec nastupují metody založené na snížení viskozity zbývající ropy v ložisku. Obvykle se provádí injektáž horké vodní páry získávané často kogenerací, přičemž se spalováním zemního plynu vyrábí elektřina a odpadní teplo je využito k tvorbě vodní páry. Někdy se také ropa rozehřívá zapálením části ropného ložiska. Příležitostně se také používá injektáž detergentů. Tyto terciární metody dovolují vytěžit dalších 5–15 % ropy v nalezišti. Konstrukce těžebních zařízení se značně liší podle toho, těží-li se na souši nebo v moři. Pokud se těží na souši, těžební vrty jsou většinou vrtány kolmo. Každý má svoji vrtnou hlavici, od které vede potrubí k centrální stanici, kde jsou jednotlivé tekutiny odděleny a zpracovány dále. Vytěžená voda se vstřikuje zpět pod zem, neboť je typicky velmi slaná. Ropa a plyn jsou pak poslány dalším potrubím k dalšímu zpracování. Pokud je pole v moři, k těžbě se používají těžní plošiny buď plovoucí, nebo zabudované do mořského dna. Někdy je výhodné využít podmořské těžební systémy sestávající z individuálních hlavic spojených s centrální stanicí, kde se tekutiny separují a dále skladují nebo posílají potrubím k pevnině.

71

Využití a zpracování ropy Ropa i ropné výrobky jsou základním palivem pro dopravu a surovinou pro výrobu plastů. Vyrábějí se z ní i některé léky, hnojiva a pesticidy. Především chudší země používají ropné produkty také k výrobě elektřiny (asi 7 % celkové světové produkce). Před samotným zpracováním je ropa po transportu do rafinérie kontinuálně odsolována praním upravenou vodou a oddělením solanky v elektrostatickém odlučovači za zvýšené teploty i tlaku. Základem zpracování ropy je proces kontinuální rektifikace, při níž jsou v rektifikačních kolonách odděleny při atmosférickém tlaku jednotlivé skupiny uhlovodíků na základě jejich bodů varu. Obrázek 2.25 Rafinerie pro zpracování ropy

Nejlehčí plynné uhlovodíky jsou methan, ethan, propan, butan. Poslední dva jsou hlavní součásti automobilového paliva LPG. Petroléter tvoří uhlovodíky s délkou řetězce C5–7 s teplotou varu 30– 70 °C. Používají se jako rozpouštědla, např. při chemickém čištění oděvů. Další frakce jsou benzíny C6–12, s teplotou varu 40–200 °C, petrolej (C10–15, tv 150–300 °C), ze kterého se vyrábí letecké palivo pro trysková letadla, a plynový olej (C10–20, tv 200–300 °C), ze kterého se získává nafta a lehký topný olej. Zbytek (tzv. mazut) se podrobuje vakuové destilaci za sníženého tlaku, čímž se oddělují těžké topné oleje od asfaltu. Uhlovodíky s dlouhými řetězci (C35 a víc) mohou být hydrokrakováním rozštěpeny, čímž vzniknou mazací oleje. Všechny získané produkty jsou nejprve podrobeny hydrorafinaci. Tímto procesem je z nich selektivně odstraněna organicky vázaná síra, dusík, příp. kyslík. Ty jsou jako odpovídající sloučeniny vodíku (H2S, NH3 a H2O) odstraněny např. výpirkou MEA. 2.6.4 Kaučuk Přírodní kaučuk byl v Evropě znám zhruba od poloviny 18. století. Kaučukovníky pro jeho produkci se pěstovaly až do druhé poloviny 19. století jen v Jižní Americe, později i v Jihovýchodní Asii. Rozhodující pro širší využití přírodního (a posléze i syntetického kaučuku) byl vynález vulkanizace, který se obvykle připisuje Američanu Charlesi Goodyearovi a datuje se do roku 1844. Prvními synteticky připravenými kaučuky byl polyisopren (1909 v Německu) a polybutadien (1910 v Rusku). Významný byl i vynález butadien-styrenového kaučuku, který učinili němečtí chemici v roce 1935.

72

Přírodní kaučuk Z chemického hlediska jde o cis-1,4-polyisopren. Z tropického stromu kaučukovníku brazilského (Hevea brasiliensis) se nařezáváním jeho kůry získává surový kaučuk (latex). Ten se upravuje srážením např. kyselinou mravenčí, pere vodou a suší na materiál zvaný krepa. Jeho dalšími úpravami (přídavkem plniv, dalších aditiv a vulkanizací) se vyrábí "přírodní kaučuk" čili přírodní pryž. Syntetický kaučuk Vyrábí se polymerací nebo kopolymerací některých nenasycených uhlovodíků, může mít různé složení. Mezi nejběžnější typy patří polybutadienové kaučuky, kopolymerní butadien-styrenové kaučuky, ethylen-propylenové kaučuky a isoprenové kaučuky (jejich monomerem je isopren, tedy jsou chemickou obdobou přírodního kaučuku). Mezi syntetické kaučuky patří i silikonové kaučuky, což jsou zesíťované polysiloxany, ale také polychloropren a další halogenované kaučuky. Z kaučuků na bázi uhlovodíků se pryž vyrábí přídavkem plniv, antioxidantů, vulkanizačních činidel a následnou vulkanizací.

2.7

Rozvoj moderního chemického průmyslu

S překotným rozvojem průmyslu při průmyslové revoluci nastává velké poptávka po základních chemikáliích používaných v mnoha odvětvích. S nárůstem textilní výroby a výroby mýdla je spjata potřeba alkálií, která se řešila průmyslovou výrobou sody. Široké uplatnění nmašla také kyselina sírová, například při chemickém bělení textilu nebo papíru. V roce 1855 byla v Anglii zavedena denaturace lihu. Technický, denaturovaný alkohol byl vyčleněn ze spotřební daně, proces destilace alkoholu byl dále rozvíjen až do stavu, kdy bylo možné vydestilovat téměř čistý alkohol (destilační kolona-Coffey). Nejznámějším použitím ethanolu je výroba alkoholických nápojů. V lékařství se používá jako rozpouštědlo (např. jódu, tím vzniká tzv. jodová tinktura), na extrakci nebo čištění drog/léčivých látek a při přípravě některých kapalných přípravků pro vnitřní i vnější použití a k dezinfekci neporaněné kůže. V oblasti kosmetiky se uplatňuje při výrobě deodorantů. Další významné rozpouštědlo je metanol. Původně se vyráběl suchou destilací dřeva, především bukového, přičemž vzniká směs methanolu, kyseliny octové a acetonu. Kyselina octová se ze získané směsi odstraňuje neutralizací vápnem (hydroxidem vápenatým) a methanol spolu s nepatrným množstvím acetonu se oddělí destilací. Podle této metody výroby dostal triviální název dřevný líh. 2.7.1 Rozvoj výroby sody a kyseliny sírové Soda Soda je sodná sůl kyseliny uhličité. V bezvodém stavu jde o bílý prášek tající při 851 °C. Ve vodě se snadno rozpouští za uvolnění hydratačního tepla. Krystalizací za laboratorní teploty lze získat nejdůležitější hydrát, tzv. krystalovou sodu (Na2CO3·10H2O). Vodné roztoky sody jsou silně zásadité z důvodu hydrolytického štěpení (je to sůl silné zásady a slabé kyseliny). Soda se používá při výrobě skla, papíru a detergentů. Časté je i použití jako prostředku pro vytvoření zásaditého prostředí. V domácnosti je soda používána jako změkčovadlo vody. Váže ionty hořčíku a

73

vápníku za vzniku patřičných nerozpustných uhličitanů. Bez jejího použití by bylo nutné použít nadbytečné množství pracího prostředku. Existují dva základní výrobní postupy pro výrobu sody - Solvayův a Leblancův proces. Solvayův proces V roce 1861 belgický chemik Ernest Solvay objevil metodu na přeměnu chloridu sodného na uhličitan sodný za použití amoniaku. Postup spočívá v tvorbě poměrně málo rozpustného hydrogenuhličitanu sodného (NaHCO3) reakcí hydrogenuhličitanu amonného a chloridu sodného ve vodném roztoku: NaCl + NH4HCO3 → NaHCO3 + NH4Cl Technicky se postupuje tak, že se do téměř nasyceného roztoku NaCl zavádí nejprve amoniak a poté oxid uhličitý. Vzniklý hydrogenuhličitan sodný se odfiltruje a zahříváním (kalcinací) převede na uhličitan sodný (kalcinovanou sodu): 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 Takto získaný oxid uhličitý se znovu odvádí zpět do výroby. Vzniklý chlorid amonný je podroben reakci s hydroxidem vápenatým za vzniku odpadního chloridu vápenatého a uvolnění amoniaku, který je znovu použit ve výrobě. Ca(OH)2 + 2 NH4Cl → CaCl2 + 2 NH3 + 2 H2O Leblancův proces Tento způsob výroby byl vypracován r. 1791 Leblancem na základě ceny vypsané francouzskou Akademií. Na chlorid sodný se působí koncentrovanou kyselinou sírovou za vzniku síranu sodného a kyseliny chlorovodíkové. 2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl Síran sodný se poté smísí s uhličitanem vápenatým (vápencem) a uhlím a taví se v peci. Během pálení probíhá tato reakce: Na2SO4 + CaCO3 + 2 C → Na2CO3 + 2 CO2 + CaS Z vychladlé taveniny je poté uhličitan sodný vyloužen vodou. Kyselina sírová Kyselina sírová je jednou z nejdůležitějších průmyslově vyráběných chemikálií. Její využití je velmi široké. Uplatnění nachází při výrobě průmyslových hnojiv, při výrobě jiných chemikálií, plastů, léčiv, barviv, výbušnin, v papírenském průmyslu, v textilním průmyslu, při výrobě syntetických vláken, při zpracování rud, při zpracování ropy, jako elektrolyt do olověných akumulátorů, při sušení a odvodňování látek, nebo při úpravě pH vody. Výroba kyseliny sírové probíhá třístupňově, přičemž prvním krokem je příprava oxidu siřičitého, který se obvykle získává buď přímým spalováním síry, S(s) + O2(g) → SO2(g), nebo pražením pyritu či markazitu 4 FeS2(s) + 11 O2(g) → 8 SO2(g) + 2 Fe2O3(s), 74

nebo pražením sulfidu železnatého či jiných sulfidů 4 FeS + 7 O2(g) → 4 SO2(g) + 2 Fe2O3(s). Druhým krokem je oxidace oxidu siřičitého na oxid sírový. Při této reakci se jako katalyzátoru používá oxidu vanadičného V2O5 2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3. Nakonec reakcí oxidu sírového s vodou vzniká kyselina sírová SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq). V průmyslu je voda nahrazena koncentrovanou kyselinou sírovou (96-98%), přičemž jako mezistupeň vzniká kyselina disírová, což je vlastně jen hemihydrát oxidu sírového 2 SO3.H2O SO3(g) + H2SO4(aq) → H2S2O7 H2S2O7 + H2O(l) → 2 H2SO4(aq) Dalším rozpouštěním oxidu sírového v kyselině sírové vzniká kyselina disírová a následně tzv. oleum, jehož ředěním se získává kyselina sírová požadované koncentrace. SO3 + H2SO4 → H2S2O7 SO3 + H2S2O7 → H2S3O10 2.7.2 Syntetická barviva V době průmyslové revoluce představovala výroba syntetických barviv zcela nové odvětví průmyslu. Většina nových barviv byla na bázi organických sloučenin. Organická chemie začala v polovině devatenáctého století nabírat na síle. V roce 1845 německý chemik August Wilhelm von Hofmann představil fakt, že snadno dostupný černouhelný dehet obsahuje velké množství organických sloučenin, které skýtají široký aplikační potenciál. Příkladem mohou být látky jako benzén, toluen, xylén a další, které dnes slouží jako výchozí látky k přípravě barviv (Anilín) nebo jako rozpouštědla. Výroba Anilínu Anilin se většinou vyrábí z benzenu, a to ve dvou krocích. Prvním krokem je nitrace benzenu pomocí nitrační směsi kyseliny dusičné a kyseliny sírové. Vzniklý nitrobenzen se poté hydrogenuje při teplotě 600 °C na niklovém katalyzátoru. Obrázek 2.26 Výroba Anilínu

Další používanou technologií je proces vyvinutý v České republice prof. Paškem z VŠCHT Praha. Jeho podstatou je hydrogenace nitrobenzenu na anilin na měděném katalyzátoru při teplotě 215 °C. Tímto procesem se v současnosti vyrábí asi 10 % světové výroby anilinu a je realizován v BCH MCHZ Ostrava a licenčně v Japonsku.

75

2.7.3 Výbušniny Nitrocelulóza Jedná se o silnou trhavinu náchylnou k deflagračně-detonačnímu přechodu. Hoří velmi jasným žlutým plamenem bez zápachu a bez nespalitelných zbytků. Při reakci se uvolňuje velké množství tepla, deflagrační tepelná vlna jednoho gramu látky je zřetelná ve vzdálenosti dvou metrů od vzorku. Nitroceluloza se používá také na výrobu nátěrových hmot, lepidel (Kanagom), ve formě celuloidu jako fotografický film. Při rozpuštění v etheru nebo jiném organickém rozpouštědle vzniká roztok s názvem kolodium. V době občanské války v USA bylo používáno pro krytí ran a aplikaci léků. Kolodium bylo rovněž užíváno jako nosič pro soli stříbra v raných fotografických emulzích, často nanesené v tenkých vrstvách na skleněných deskách. Nitroglycerin je po chemické stránce trojnásobný ester alkoholu glycerolu s kyselinou dusičnou. Je to olejovitá bezbarvá až nažloutlá kapalina, která se velmi snadno explozivně rozkládá za uvolnění značného množství energie. Objevil ho italský chemik Ascanio Sobrero v roce 1847. Jako základní složka dynamitu představuje jednu z klíčových sloučenin ve výrobě trhavin v 19. a 20. století a i v současné době je častou surovinou pro výrobu různých plastických trhavin. Další využití nalezl nitroglycerin v medicíně jako prostředek pro zklidnění srdečních arytmií a snižování krevního tlaku. Dynamit Dynamit je výbušnina založená na explozivním potenciálu nitroglycerínu, který se v ní vyskytuje absorbován na křemelině. Oproti klasickému tekutému nitroglycerínu se vyznačuje mnohonásobně vyšší stabilitou oproti tlaku nebo nárazu. Dynamit vynalezl švédský chemik Alfréd Nobel v roce 1866, patent získal v roce 1867. Dynamit se obvykle skládá ze tří dílů nitroglycerínu, jednoho dílu křemeliny a malého množství jedlé sody. Tato směs je tvarována obvykle do podoby tyčí. Později byla ve směsi nahrazena křemelina dusičnanem draselným (KNO3) a dusičnanem sodným (NaNO3) a pro lepší nasákavost se přidávaly suché dřevité piliny. Dynamit mrzne při 8 °C, a proto se pouze obtížně používal v chladném počasí. Proto se používal zimní dynamit (tzv. IZ dynamit), který obsahoval nemrznoucí příměsi jako di-nitro-glycerin nebo trinitro-toluen (TNT). K výbuchu je potřeba rozbuška. Samotný dynamit je poměrně stálý na rozdíl od samotného nitroglycerínu, který vybuchuje již při malém nárazu. V roce 1887 si Alfred Nobel nechal patentovat bezdýmý střelný prach pod názvem ballistit a jeho dalším zdokonalením vznikl dnes nejpoužívanější kordit. Hlavní složkou je střelná bavlna kombinovaná s nitroglycerinem a jinými nitroglykoly. Tento nový prach je díky svým lepším vlastnostem dnes používán v prakticky všech palných zbraních. TNT Trinitrotoluen, systematickým názvem 2-methyl-1,3,5-trinitrobenzen je velmi silná, bezpečná a často používaná trhavina, často též označovaná jako tritol nebo TNT. Objevil jej roku 1863 německý chemik Joseph Wilbrand, ale jako výbušnina začal být používán až mnohem později.

76

Základem výroby je postupná nitrace toluenu směsí kyseliny dusičné a kyseliny sírové. Zatímco nitrace do 2. stupně probíhá za relativně mírných podmínek, je pro poslední nitrační stupeň nutno použít značně drastických reakčních podmínek - nitrace probíhá obvykle ve 20% oleu (roztok oxidu sírového v koncentrované kyselině sírové) za teplot kolem 80 °C. 2.7.4 Některé elektrochemické procesy Sodík a Chlor Sodík vyráběl elektrolýzou taveniny hydroxidu sodného, který se připravoval elektrolýzou roztoku chloridu sodného. Hydroxid sodný má nižší teplotu tání než chlorid sodný, což byl hlkavní důvod pro tento postup. Od té doby se vhodnými přísadami podařilo výrazně snížit teplotu tání chloridu sodného a kovový sodík se dnes průmyslově vyrábí elektrolýzou roztavené směsi 60 % chloridu vápenatého a 40 % chloridu sodného při teplotě 580 °C. Vápník vzniklý elektrolýzou ve sběrné nádobě tuhne, protože jeho teplota tání je vyšší než sodíku a tím se od sodíku odděluje. Materiálem katody je obvykle železo, anoda je grafitová. Dalším produktem této elektrolýzy je plynný chlór, který bývá obvykle ihned dále zužitkován pro chemickou syntézu. V současné době se vyrobí okolo 200 000 tun sodíku ročně. Železná katoda 2 Na+ + 2 e- → 2 Na Grafitová anoda 2 Cl- → Cl2 + 2 eV některých případech slouží při elektrolýze jako katoda kovová rtuť, pak je produktem sodíkový amalgám, tedy roztok elementárního sodíku ve rtuti. Tato látka nalézá řadu uplatnění především v organické syntéze jako účinné redukční činidlo. Sodíkový amalgám se poté štěpí vodou na hydroxid sodný a rtuť, která se vrací do výrobního procesu. Tímto procesem se na sobě nazávisle zabývali Hamilton Castner a Karl Kellner. Po patentování vlastních postupů spojili své síly a v roce 1895, založili Castner-Kellner Alkali společnost na výrobu sodíku a chloru. Tato výroba se také označuje jako „Castner-Kellner porces“. 2.7.5 Umělá hnojiva Hnojiva jsou sloučeniny nebo přesněji řečeno směsi sloučenin, které přidáváme do půdy, proto aby rostliny měly látky potřebné ke svému růstu. Účelem hnojení, není zásobování rostlin energií. Energii si rostliny vyrábějí samy procesem fotosyntézy, který je základním kamenem udržení života na planetě Zemi. Hnojiva tedy podporují správnou funkci látkové výměny a starají se o vývin rostliny ve všech fázích jejího života (klíčení, růst rostliny, vznik květů, zrání plodů i semen). Průkopníkem v oblasti hnojení rostlin byl slavný německý chemik Justus von Liebig, který stál v 19. století u zrodu zemědělské chemie. Ten, z rozboru sloučenin, které se nacházejí v rostlinném těle, zjistil, že hlavními složkami potřebnými k jeho růstu jsou dusík, fosfor a draslík. Jeho rozbory půdy také poukázaly na to, že k doplňování těchto živin do hlíny nestačí jen zúrodňování hnojem živočišného původu. Bylo tak zavedeno nové odvětví výroby a rozvoje průmyslových hnojiv. Von Liebig také formuloval velmi známý zákon minima, který říká, že rostliny jsou životně závislé na tom prvku, který je v jejich životním prostředí obsažen nejméně, skupina je tedy tak silná jako její nejslabší člen. Převrat ve výrobě hnojiv přišel na počátku 20. století, kdy německý fyzikální chemik Fritz Haber přišel na způsob levné výroby amoniaku (čpavku, NH3) katalitickým slučováním vodíku a dusíku. Až do této doby byla totiž výroba dusíkatých sloučenin poměrně nákladnou záležitostí. Za svůj objev 77

dostal Haber v roce 1918 Nobelovu cenu. Nový způsob výroby čpavku se velmi rychle rozšířil. Bohužel se primárně jednalo o jeho využití pří výrobě chemických zbraní v první i druhé světové válce. Poté, co válčení ustálo, tak továrny vyrábějící amoniak pro boj s nepřítelem pokračovaly v jeho výrobě, avšak již za účelem zúrodňování půdy. Sloučeniny dusíku, fosforu a draslíku jsou dnes základem každého přípravku pro výživu rostlin (NPK hnojiva). Především obrovskou potřebu dusíkatých sloučenin dokumentuje fakt, že v roce 2003 bylo 83 % vyrobeného amoniaku použito k hnojení půdy. Toto nadměrné užívání hnojiv nevede však jen k rychlejšímu růstu a větším plodům. Rostliny jsou schopny zužitkovat jen určité množství dodávaných látek. Zbylé dusíkaté sloučeniny pak mohou způsobit kontaminaci spodních vod a úhyn vodních živočichů. Na rozdíl od lidí, ryby a obojživelníci postrádají aparát pro přeměnu amoniaku na tělu bezpečnou močovinu (diamid kyseliny uhličité, (NH2)2CO) a i v malých koncentracích je pro ně toxický. 2.7.6 Chemie a medicína Z pohledu medicíny bylo v té době zásadní objevenní antiseptických účinků iodu a fenolu (Joseph Lister). Hojně se začala používat respirační anestetika Rajský plyn (N2O, 1799, Humphry Davy), chloroform (trichlormethan, 1831 Samuel Guthrie) a éter (dietyleter, 1846, William Morton ). Jako první lokální anestetikum byl preparován přírodní alkaloid z koky (Kokain, 1884, Carl Koller). Ke konci 19 století byla připravena celá řada syntetických analogů kokainu.

2.8

Textil

Při výrobě textilu je několik důležitých kroků, které za žádných okolností nelze vynechat. V první řadě je potřeba získat surovinu pro výrobu vlákna (příze). Podle původu lze textilní vlákna rozdělit na:    

rostlinná (bavlna, len, juta, konopí, sisal) živočišná (vlna, přírodní hedvábí, angora, velbloudí srst,) minerální (azbest) umělá o z přírodních polymerů (např.: viskóza) o syntetické polymery (nejznámější: polyester, polyakryl, polyamid) o anorganické sloučeniny (sklo, měď a jiné kovy)

Na spřádacích strojích se ze suroviny vyrobí vlákno, které se poté využije k výrobě textilu. Typický způsob je tkaní. Zutkané textilie se po finálních úpravách, bělení, barvení potisku a pod, ušije textilní produkt. Několik mezníků v dějinách textilní výroby následuje:     

1589 - mechanické pletení „stocking frame“ (Anglie) 1779 - “létající (tkalcovský) člunek” (Anglie) 1790 - žakárový stroj (Francie) 1830 - prstencový dopřádací stroj (Anglie) 1856 - syntetické barvivo (Anglie), jazýčková pletací jehla (Anglie) 78

Obrázek 2.27 Prstencový dopřádací stroj

           

1892 - viskózové vlákno 1896 - skleněné textilní vlákno (Německo) 1930 - jehlový tkací stroj 1937 - výroba polyamidového vlákna (USA) 1945 - výroba polyesterového vlákna (Anglie) 1956 - výroba polypropylénového vlákna (Itálie) 1959 - syntetické elastické vlákno (USA) 1960 - pneumatický tkací stroj 1963 - rotorový dopřádací stroj (Československo) 1964 - aramidové vlákno (USA) 1980 - mikrovlákno (Japonsko) cca. 1985 - výroba nanovláken (USA)

2.8.1 Spřádací stroje Přírodní materiály obsahují vlákna různé délky. Stapl je průměrná délka všech vláken z jednoho vzorku textilní suroviny. Výrobce příze potřebuje přesnou informaci o délce vláken. Proto se u přírodních materiálů mechanicky vyčesává vzorek vláken, která se poté uspořádají od nejdelšího po nejkratší vedle sebe. Špičky vláken vytvořily křivku (staplový diagram), ze které se dala odvodit průměrná délka vláken, stejnoměrnost a další vlatnosti. Za staplová vlákna se označují všechny spřadatelné přírodní materiály a stříže z chemických vláken. Souhrnný pojem staplové příze se často používá pro výrobky předené z těchto vláken a vzájemných směsí. Prstencový dopřádací stroj Prstencový dopřádací stroj je v posledních asi 100 letech nejpoužívanější zařízení k výrobě staplových přízí. Prstencové stroje se přes některé nedostatky uplatnily zejména pro dopřádání bavlněných přízí. Kolem roku 1900 se na nich v Evropě a v Americe vyráběla asi polovina všech přízí. Princip dopřádání na prstencovém dopřádacím stroji je následující. Na každé přádní jednotce se (shora) předkládá pramínek vláken průtahovému ústrojí se dvěma nebo třemi páry válečků. Vzájemný poměr obvodových rychlostí válečků určuje výši průtahu a tím i ztenčení vrstvy vláken. Pod průtahovým ústrojím je zařazeno rotující vřeteno, s pomocí kterého se pramínek vláken vybíhající z posledního páru válečků stáčí do tvaru spirály. Tato spirála, tedy hotová příze, prochází očkem vodiče příze, kruhovým omezovačem balonu a běžcem, který obíhá po prstenci a navíjí přízi na dutinku nasazenou na vřetenu, kde vytváří tzv. potáč. Selfaktor Selfaktor, česky také zvaný samopřed, je dopřádací stroj vynalezený ve 30. letech 19. století. Stroj sestává z pevné části s rámem na přástové vály a s podávacím ústrojím a z pohyblivé části, vozu s vřeteny a navinovacími elementy, který se během předení vzdaluje od pevné části až na 3 metry. Předení probíhá jako přetržitý proces v několika fázích:  

Válečky dodávají přást, vůz se vzdaluje od podávání, přást se protahuje (zjemňuje) a vřetena ho mírně zakrucují Dodávka přástu se zastaví, vřetena se otáčí maximální rychlostí, dokončují zakrucování a vůz se pomalu přibližuje k pevné části stroje

79



Vůz se zastaví, vřetena se několikrát otočí opačným směrem (záloha k navíjení), vůz se vrací do základní polohy v blízkosti podávání, vřetena se otáčí původním směrem a příze se navíjí na dutinku (nasazenou na vřetenu) Obrázek 2.28 Mechanický samopřádací stroj – selfaktor

Oproti prstencovým dopřádacím strojům mají selfaktory několik výhod. Při zakrucování a protahování přástu se posunují vlákna tak, že se vyrovnávají tenká a tlustá místa v průřezu příze. Selfaktorová příze je stejnoměrnější a na selfaktoru se nechá vyrobit jemnější příze. Rozdíly jsou zřetelné zejména u přízí z mykané vlny a z vlákenných odpadů. Naopak nevýhodou jsou podstatně vyšší výrobní náklady na selfaktorovou přízi zejména proto, že rychlost stroje je oproti prstencovým dopřádačkám méně než poloviční, výrobní plocha více než trojnásobná a mechanizmus a seřizování stroje podstatně složitější. Bezvřetenové předení Bezvřetenové předení je český výraz pro technologii předení s otevřeným koncem niti, pro kterou se v mezinárodním styku nejčastěji používá anglické označení open end spinning (zkratka OE). Výsledná příze se nazývá bezvřetenová nebo rotorová (na rozdíl od klasické, prstencové příze). Zoubky rozvolňovacího válečku uvolňují z podávaného posukovaného pramene jednotlivá vlákna, ta jsou vtahována do drážky rotoru, kde se z nich vytváří tenká stužka. Konec hotové příze se otáčí zároveň s rotorem, sbírá vlákna z drážky a zakrucuje je. Hotová příze probíhá tryskou rotoru k odváděcím válečkům a navíjí se na dutinku. Průmyslovým způsobem se na bezvřetenových strojích zpracovává bavlna, umělá vlákna o délce 10-60 mm a také vlákenné odpady. Oproti mykané přízi z prstencových strojů má bezvřetenová příze zejména lepší stejnoměrnost, pevnost v oděru a afinitu k barvivům a horší pevnost v tahu, náchylnost ke smyčkování (vlivem až o 20 % vyššího zákrutu) a matnější vzhled ve tkaninách a pleteninách. 2.8.2 Tkanina Obrázek 2.29 Osnova tkaniny

Tkanina je plochý útvar, který vzniká propojením dvou vzájemně kolmo probíhajících soustav nití (nebo drátů), osnovy a útku. Tkaniny dělíme podle typu suroviny na bavlnářské (z bavlny a směsí s bavlnou), vlnařské (z vlny a směsí s vlnou), syntetické (z filamentových přízí), aramidové, kovové a jiné. Podle účelu použití lze tkaniny dělit na prádloviny, šatovky, záclonoviny, stuhy, atd. Podle způsobu výroby na jednobarevné, pestře tkané, smyčkové, žakárové, brožované, 3D tkaniny,

80

atd. Ve výrobě a obzvlášť v obchodním styku se používá několik desítek označení, která vyjadřují určité vlastnosti tkaniny. Typické jsou například:       

Brokát je těžší hedvábná tkanina v atlasových vazbách. Popelín je jemná bavlněná tkanina na košile, halenky a pyžama. Obsahuje zpravidla na každý útek dvě osnovní nitě. Manšestr, podélně pruhovaný samet na svrchní ošacení a k dekoračním účelům. Damašek je bavlněná nebo lněná žakárová tkanina na ložní prádlo a ubrusy. Gabardén je jemná, velmi hustá tkanina s viditelným strmým žebrováním. Vyrábí se z bavlněných, vlněných i hedvábných přízí a používá se převážně na obleky a kostýmy. Tvíd, na který se zpracovávají hrubší melanžové (z různobarevných vláken) příze převážně z vlny. Tkanina se používá hlavně na saka, kostýmy a svrchníky. Blue denim (v češtině často: tkanina na džíny) je bavlněná tkanina v keprové vazbě s osnovou obarvenou indigem a s režněbílým útkem.

Tkalcovský stav Tkalcovský stav je jednoduchý tradiční nástroj na výrobu tkanin. Vyvinul se z něj tkací stroj. Podstatnou modifikací tradičního tkalcovského stavu byl vynález „létajícího člunku“ (J. Kaye 1733). Člunek s útkem (opatřený kolečky) se prohazoval mezi osnovními nitěmi z jedné strany na druhou, pomocí tzv. pudítka, kterému udílel tkadlec trhavý pohyb tahem přes připojenou šňůru. Toto ústrojí přineslo až trojnásobné zvýšení výkonu ručního stavu na přibližně 40 metrů útku za minutu. V roce 1785 patentoval E. Cartwrigh plně mechanický tkací stroj. V textilní velkovýrobě, zejména v Evropě, potom tkací stroje rychle nahradily ruční stavy. Ruční tkalcovství však zcela nezaniklo. Obrázek 2.30 Tkalcovský stav

81

2.8.3 Šicí stroje Potřeba mechanizace šití vznikla zejména v souvislosti se vznikem masových armád počátkem 19. století. První návrh šicího stroje si dal patentovat Angličan Thomas Saint roku 1790, jeho návrh však nebyl nikdy realizován. Roku 1814 představil první fungující model stroje s řetízkovým stehem a jedinou nití rakouský vynálezce Josef Madersperger. Ani zdokonalený stroj z roku 1839 však neměl úspěch. Roku 1830 postavil fungující stroj s řetízkovým stehem francouzský krejčí Barthélémy Thimmonier, který vybudoval manufakturu s 80 stroji, jež však řemeslníci nakonec zničili, protože se obávali o práci. Obrázek 2.31 Mechanický šicí stroj

Šití vázaným stehem s dvojí nití, strojní jehlou (s očkem blízko hrotu) a člunkem vynalezl Walter Hunt roku 1833. Použitelný stroj na stejném principu zkonstruoval Američan Elias Howe roku 1845, který jehlu opatřil drážkou. Inženýr Isaac Merrit Singer člunkový stroj zjednodušil, opatřil patkou, napínáním niti a pedálem. Zároveň zavedl leasingový prodej strojů a měl s nimi velký úspěch, i když prohrál proces s Howem a musel mu zaplatit velké odškodné. Značka Singer pak po celém světě znamenala totéž co šicí stroj. Wilson a Wheeler vynalezli rotační člunek a podavač látky s vratným pohybem.

Roku 1856 se čtyři největší americké firmy dohodly na patentech a všichni další výrobci jim museli platit licenční poplatky. Roku 1877 patentoval Joseph Merrow první obšívací stroj (overlock) a roku 1889 uvedl Singer na trh stroj s elektrickým pohonem.

2.9

Sklo a keramika

2.9.1 Keramika Keramika je anorganický nekovový materiál nebo uhlíkový materiál, vyrobený za vysokých teplot. Současná keramika zahrnuje i některé hi-tech materiály, používané například v armádě jako součásti pancéřování. Obvykle se jedná o slinuté karbidy kovů (wolframu, titanu, chromu, molybdenu, tantalu, niobu a jiných), oxid hlinitý (Al2O3), různé nitridy a boridy. Mají pochopitelně i své civilní využití, karbidy kovů se používají například na různých vrtácích nebo pilách a jiných nástrojích jako takzvané hroty nebo vložky z tvrdokovu – nejběžnějším příkladem je vrták do betonu s hrotem z „vidia“. Domácí použití   

nádobí – hrnky, talíře, mísy, tácy, zapékací mísy atd. čepele nožů květináče, dózy, dekorativní předměty ap.

82

Stavebníctví  cihly  sanitární keramika – umyvadla, záchodové mísy, pisoáry, vany  stavební obklady – obkladačky, dlaždice, kachle  střešní krytina  kanalizační potrubí Technické účely    

pro izolátory a součástky silnoproudé elektrotechniky pro součástky odolné vůči náhlým změnám teploty pro vysokofrekvenční techniku - konstrukční materiál pro vysokofrekvenční techniku – kondenzátorové materiály

2.9.2 Sklárny Sklárna je výrobní místo, kde dochází k výrobě skla. Základním technickým vybavením každé sklárny je tavící agregát (sklářská pec), chladící zařízení a pomocná technika (vybavení kmenárny, agregát na temperování pánví aj.). Podstata výroby skla ve sklárnách je po tisíciletí stejná. Ve sklářské peci dojde k roztavení sklářského Obrázek 2.32 Moderní sklářská výroby kmene, který je následně zpracován a uložen do chladící pece, kde dochází k pozvolnému vychlazení vyrobeného skla. Sklářské pece jsou různého typu. Ve své podstatě se však dělí na 2 typy - pánvové pece (původní typ sklářské pece), kde dochází k roztavení sklářského kmene uvnitř pece v samostatné nádobě, které se říká pánev, a vanové pece, kde dochází ke kontinuální výrobě skla. Z ostatních pomocných zařízení jmenujme kmenárnu, kde dochází k přípravě sklářského kmene. Sklářský kmen je směs surovin, které se používají pro výrobu skla. Nejdůležitějšími surovinami jsou křemenný písek, soda (potaš), vápenec a dále pak přísady, které pomáhají dotvářet výsledné vlastnosti skla - barvu, tvrdost, zpracovatelnost apod. Historicky byly sklárny situovány do míst, kde byl snadný přístup k surovinám. Kromě surovin pro přípravu sklářského kmene to byla dále bezprostřední blízkost energetických surovin. K těm historicky patřilo zejména dřevo, které se používalo nejen pro ohřívání pecí, ale i pro výrobu potaše. Za tímto účelem byla běžnou součástí skláren tzv. flusárna, kde se potaš neboli flus vyráběl. Výroba potaše byla technologicky poměrně jednoduchá, ale náročná na čas a především na množství dřeva. Potaš byla důležitou součástí sklářského kmene, která podporovala proces tavby. Staré sklárny těžily písky ve svém okolí a to buď povrchově, nebo často z řek, kde se sbíraly říční oblázky, křemenec nebo pískovec. Sklárny pak samy suroviny zpracovávaly a čistily. Ještě kolem roku 1850 měla každá česká sklárna drtírnu křemene a stoupy (zpravidla 3 až 20). Teprve od 2. poloviny 19. století začíná docházet k dovozu kvalitnějších písku z lokalit vzdálenějších sklárnám. V

83

současné době se sklářské písky v Čechách těží a upravují pouze ve třech lokalitách - Střeleč u Jičína, Provodín a Srní u České Lípy.

2.10 Spalovací motory 2.10.1

Plynové motory

Vývoj spalovacího motoru je spjat především s Německem. Nejvýraznější postavou historie v oboru spalovacích motorů je německý vynálezce N. Otto. Ten se intenzivně zabýval zdokonalováním plynového motoru a v roce 1864 otevřel první továrnu na výrobu motorů. V roce 1876 pak poprvé realizoval princip čtyřtaktního plynového spalovacího motoru. Jednalo se o stacionární stroj, na jehož bázi se později vyvinuly moderní spalovací motory pro automobily, lodě, železnici i letadla. Spalovací cyklus ve čtyřdobém spalovacím motoru se dodnes označuje jako Ottův cyklus. Plyn se tedy používal pro pohon již v 19. století, nejprve u stacionárních motorů, později i pro automobily. Jako palivo sloužila celá řada hořlavých plynů, především svítiplyn, ale používán byl i důlní plyn (metan), dřevoplyn, kalový plyn, generátorový nebo vysokopecní plyn. Na konci 19. století kapalná paliva nad plynem zvítězila a zdálo se, éra plynu v pohonu vozidel skončila, ale nebylo tomu tak. O návrat plynových vozidel se postaral nedostatek kapalných pohonných hmot za 1. i 2. světové války. Získané pozitivní zkušenosti přispěly k tomu, že se plyn k pohonu vozidel uplatňoval i v období meziválečném. V praxi se zjistilo, že plyn má pro pohon vozidel vynikající vlastnosti – levnější provoz, snazší startovatelnost i za mrazu, a ekologičtější provoz, což si konstruktéři uvědomovali již tenkrát. Nevýhodou byl malý akční rádius automobilů na plynový pohon a řídká distribuční síť plynu. 2.10.2

Naftové motory

Vznětový motor, běžně také nazývaný dieselový motor, naftový motor, Dieselův motor či zkráceně jen diesel, je druh spalovacího motoru. Jedná se o motor, kde se chemická energie vázaná v palivu mění na mechanickou energii ve formě otáčivého pohybu hnacího hřídele stroje. Byl vynalezen Rudolfem Dieselem a zdokonalen Charlesem Ketteringem. Vznětový motor pracuje obvykle jako čtyřdobý spalovací motor nebo jako dvoudobý spalovací motor (například lodní motory). Na rozdíl od zážehových motorů je do něj palivo dopravováno odděleně od vzduchu. Palivo je do spalovacího prostoru motoru dopravováno speciálním vysokotlakým čerpadlem a vysokotlakým potrubím. Obrázek 2.33 Polohy pístu a ventilů při práci čtyřtaktního spalovacího motoru

84

Princip Do spalovacího prostoru se nejprve nasává vzduch (sání) při tlaku 0,08–0,085 MPa. Po uzavření sacího ventilu se nasátý vzduch stlačuje (komprimuje), píst se pohybuje směrem k horní úvrati, jeho teplota roste na 550–800 °C a tlak stoupá na cca 3 až 4 MPa (při kompresním poměru okolo 1÷14 až 20). Před horní úvratí je tryskou do válce vstříknuta čerpadlem pod tlakem (10–25 MPa, při použití Common rail, nebo PD (Pumpe Duse) 100–200 MPa) přesně odměřená dávka paliva (obvykle nafta či stlačený zemní plyn), která je jemně rozprášena. Palivo začne hořet samovznícením ve vzduchu ohřátém kompresí. Ve fázi expanze je pak vzniklý tlak převeden na mechanickou práci, (adiabatický děj). V poslední fázi (výfuk) se otevírá výfukový ventil a spaliny jsou vytlačeny do výfuku, (izobarický děj). Palivo se může vstřikovat do válce (přímý vstřik), ale z důvodu tvrdého chodu se u menších motorů často vstřikuje do předkomůrky (komůrkové motory). Tím se utlumí rázy a někdy zlepší spalování, ale ztráty prouděním plynů a zvětšením spalovacího prostoru snižují termodynamickou účinnost motoru. Zvyšování výkonu 

Přeplňování

Vznětové motory jsou často vybavovány kompresorem, nejčastěji - takřka výhradně turbodmychadlem. Takto vybavené motory se označují jako přeplňované. Přeplňování umožňuje lépe využít spalovací prostor. Více vzduchu umožní spálit více paliva a při stejném objemu zvýšit výkon motoru o 30 a více procent. Záleží na velikosti plnicího tlaku - výkon ve srovnání s motorem nepřeplňovaným může být i více než dvojnásobný. Tepelná účinnost motoru se obvykle také zvyšuje. U motorů přeplňovaných turbodmychadlem se využívá energie plynů, které by jinak již jen bez užitku volně unikly výfukem. Turbodmychadlo je poháněno odtokem spalin z motoru, proto přináší efekt jen ve vyšších otáčkách, kdy je rychlost spalin dostatečně vysoká. Mechanický kompresor, poháněný přímo motorem, má podobný efekt, a to již v nízkých otáčkách, protože je poháněn mechanicky - převodem od klikového hřídele. Je to ale na úkor výkonu. Setkáme se s ním především u starších konstrukcí dvoudobých motorů, kde byl pro rozběh motoru nezbytný. 

Systém vstřiku paliva

Pro zvýšení výkonu motoru, lepší průběh krouticího momentu a nižší emise se používají elektronicky řízené systémy vstřiku paliva: Čerpadlo - tryska či Common rail. Je u nich dosahováno přesnější dávky paliva, je možné vstříknout více menších dávek během jedné doby než u klasického vstřikování paliva. Při použití piezokrystalem řízených trysek dojde k pěti a více vstřikům paliva. 1. Pre Injection - slouží k předehřátí prostoru válce 2. - 4. Main Injection - hlavní vstřik paliva do válce 5. Post Injection - slouží k vyčištění filtru pevných částic (probíhá jednou za dlouhou dobu, ne v každém cyklu, řízen podle potřeby řídící jednotkou motoru) Začátek používání středních ropných destilátů (motorové nafty) jako motorového paliva spadá do počátku dvacátého století. V roce 1900 na světové výstavě v Paříži byla německému vynálezci Rudolfu Dieselovi (1858 – 1913) za jeho motor udělena velká cena. Roku 1911 byla v Kodani 85

spuštěna na vodu loď Seelandia se dvěma osmiválcovými čtyřtaktními Dieselovými motory, sloužící až do roku 1942. Nákladní automobily se vznětovým spalovacím motorem a rovnotlakým spalováním těžšího kapalného paliva (nafty) začala vyrábět německá továrna MAN teprve roku 1924. Dalším impulsem masového rozšíření motorové nafty byla industrializace zemědělské výroby. 2.10.3

Benzínové motory

Zážehový motor je spalovací motor, u něhož je směs paliva a vzduchu ve válci zapálena (zažehnuta) elektrickou jiskrou, kterou obvykle vytvoří zapalovací svíčka. Tím se liší od vznětového motoru, kde dochází k samovznícení vstříknutého paliva samotnou teplotou stlačeného vzduchu. Zážehové motory pracují s nižším kompresním tlakem. Obvyklý je kompresní poměr v rozmezí 9:1 až 12:1. Nejvyšší točivý moment a výkon leží ve vyšších otáčkách. Chod čtyř- a víceválcových zážehových motorů je, v porovnání zejména se staršími motory vznětovými, tichý a pravidelný. Pro správnou funkci zážehových spalovacích motorů je důležitá odolnost paliva proti samovznícení, kterou udává oktanové číslo. Oproti vznětovému motoru má však motor zážehový nižší účinnost. U zážehového motoru se jako palivo v drtivé většině používá benzin. Konstrukcí a regulací daného motoru je dáno též minimální oktanové číslo paliva, se kterým lze motor provozovat bez vzniku předčasných škod. Zážehové motory (po přestavbě i ty konstruované na benzín jako palivo) lze provozovat též na methan (zemní plyn), propan-butan, alkohol, dřevoplyn a podobná paliva. Výhodou některých těchto paliv je jejich nižší cena (daná zpravidla nižším zdaněním), případně vyšší oktanové číslo. Díky vyššímu oktanovému číslu lze použít vyšší kompresní poměr, aniž by došlo k nežádoucímu samovznícení směsi ("klepání ventilů"). Vyšší kompresní poměr pak umožňuje dosáhnout vyšší účinnosti stroje. Výraznou postavou ve vývoji spalovacích motorů byl G. Daimler, který realizoval první lehký spalovací motor na benzin. Nejprve ho umístil na bicykl (1883) a v roce 1886 se poprvé objevil na veřejnosti otevřený kočár s tímto motorem. Na tomto základě pak v roce 1888 K. F. Benz sestrojil první prakticky použitelný automobil s benzinovým motorem. Další vývoj v této oblasti se pak přesunul především do USA, kde v roce 1908 H. Ford zahájil hromadnou výrobu slavného modelu Ford T, který byl prvním osobním automobilem běžně dostupným pro široké vrstvy obyvatelstva.

2.11 Elektrická energie 2.11.1

Historické souvislosti

Mezi obory fyziky patří elektřina k těm mladším. Její rozvoj nastal po objevu prvního použitelného zdroje stálého elektrického proudu - Voltova článku - v roce 1800. Během krátké doby v první polovině 19. století byla prozkoumána většina elektrických vlastností látek za normálních podmínek, byly objeveny zákony platící v elektrických obvodech a nalezena souvislost elektřiny s magnetismem. Nejvýznamnější jména té doby jsou Alessandro Volta, AndréMarie Ampère, Georg Simon Ohm, Hans Christian Oersted, Michael Faraday. Průkopnické období bylo v roce 1865 završeno Dynamickou teorií elektromagnetického pole, ve které James Clerk Maxwell pouhými čtyřmi rovnicemi (a třemi materiálovými) vyjádřil vše podstatné z dosavadních objevů a zároveň jako důsledek svých rovnic předpověděl další, dosud neznámé elektromagnetické jevy.

86

Období druhé poloviny 19. století bylo ve znamení technických aplikací elektřiny, vynálezů různých elektrických spotřebičů (generátor, oblouková lampa, žárovka, elektromotor, telefon) a jejich zavádění do výroby a domácností. K slavným fyzikům a vynálezcům té doby lze řadit jména jako Heinrich Hertz, William Thomson (lord Kelvin), Thomas Alva Edison, Werner von Siemens, Nikola Tesla, Alexander Graham Bell, z Čechů František Křižík. Třetí období bylo odstartováno objevem elektronu v roce 1897 J. J. Thomsonem. To vyvrátilo dosavadní představy o elektrickém fluidu uvnitř látek a umožnilo spolehlivě vysvětlit podstatu většiny elektrických jevů. Max Planck a Albert Einstein položili základy k vysvětlení kvantových vlastností elektromagnetického záření. Dalšími kroky vpřed byly Lorentzovy teoretické poznatky o elektromagnetickém poli a éteru, které správně interpretovala Einsteinova speciální teorie relativity a přirozeně tak vysvětlila magnetismus jako relativistický efekt mající původ v elektrickém působení, a objevy dalších subatomárních částic - protonu v roce 1911 a neutronu v roce 1932. Maxwellova teorie však selhávala při snaze vybudovat konzistentní teorii nabitých elementárních částic, což se podařilo až kvantové elektrodynamice. V elektrotechnice se novou součástkou stala vakuová elektronka, umožňující vysílání a příjem rozhlasu. Jinak po celou první polovinu 20. století bylo charakteristické masové rozšiřování elektřiny (elektrifikace obcí, stavba elektráren). V druhé polovině 20. století se nejdůležitějším objevem stal tranzistorový jev v roce 1947, který uskutečnili John Bardeen, William Brattain a William Shockley. Po zvládnutí technologie výroby příměsových polovodičů se tranzistor stal základem elektronických obvodů používaných prakticky ve všech běžných elektronických přístrojích (dnešní procesory či mikroprocesory obsahují milióny až miliardy mikroskopických tranzistorů a tvoří základ pro počítač, mobilní telefon a mnohá další elektronická zařízení). Velký význam mělo rovněž umožnění přenosu obrazu na dálku pomocí televize, nejprve černobílé, později barevné. Velký praktický dopad přineslo i používání optických vláken, CCD obvodů a dalších součástí moderní elektroniky. V současné době je elektřina běžnou a neodmyslitelnou součástí života lidí v podobě nejrůznějších domácích spotřebičů, výrobních prostředků a prostředků komunikační a zábavní techniky. 2.11.2

Výroba elektřiny

Při výrobě elektřiny jde o přeměnu jiného druhu energie na elektrickou energii. Přímá přeměna chemické energie je základem různých galvanických článků (alkalické články, akumulátory), přeměna mechanické energie se uskutečňuje elektromagnetickou indukcí v elektrickém generátoru, což bývá alternátor v případě střídavé napájecí soustavy, nebo stejnosměrný generátor resp. dynamo v případě stejnosměrné napájecí soustavy, přeměna světelné energie na elektrickou energii pak využívá fotoelektrického jevu. Působením světla na polovodičovou vrstvu součástky vznikná na ní napětí několika desetin voltů. Elektrárna je technologické zařízení sloužící k výrobě elektrické energie. Ta se získává přeměnou z energie vázané v nějakém zdroji. Nejčastěji je tato energie nejdříve přeměněna na energii mechanickou, kterou je následně poháněn elektrický generátor. Generátor je nejčastěji točivý stroje, který využívá točivého magnetického pole a cívek, ve kterých se pohybem magnetického pole indukuje elektrické napětí. Tyto stroje se používají jako generátory nejvíce, jelikož mohou být dimenzované na velmi velké výkony a navíc jejich účinnost je velmi dobrá. Skládají se z rotoru a

87

statoru, kdy obyčejně rotor vytváří točivé magnetické pole a ve statoru jsou umístěny cívky, ve kterých se indukuje elektrické napětí. Podle druhu primárního zdroje vnější energie rozlišujeme několik druhů výroben elektrické energie tedy elektráren: Tepelné elektrárny Tepelná elektrárna je obvykle kondenzační parní elektrárna, která získává energii spalováním fosilních paliv (nejčastěji uhlí) nebo biomasy. Vzniklým teplem je ohřívána pára, která pohání parní turbínu turbogenerátoru. Tepelné elektrárny bývají často kombinovány s teplárnami a pára z parní turbíny je dále rozváděna k odběratelům pro účely vytápění, ohřevu teplé vody a k technologickým účelům. Jaderné elektrárny Jaderná elektrárna je v podstatě kondenzační parní elektrárna, která má místo parního kotle jaderný reaktor a energii získává přeměnou z vazebné energie jader těžkých prvků (Uran235 nebo Plutonium 239). Výhodou jaderných elektráren je vysoký výstupní výkon vzhledem k dodanému množství paliva. Výhodou jaderných elektráren je malý objem spotřebovaného paliva, za běžného provozu prakticky nulové exhalace (elektrárna produkuje pouze odpadní teplo a vodní páru) a nízké výrobní náklady. Nevýhodou jsou vysoké náklady na výstavbu, technologicky náročné získávání paliva, produkce jaderného odpadu a riziko jaderné havárie (byť je u moderních elektráren velmi nízké). Vodní elektrárny Vodní elektrárna vyrábí elektrickou energii přeměnou z potenciální energie vody. Voda roztáčí vodní turbínu, která pohání elektrický generátor. Podle konstrukce se vodní elektrárny se dělí na:    



Jezové (průtočné), jejichž spád je vytvořen jezem. Derivační (náhonové), jejichž spád je vytvořen umělým kanálem (náhonem). Přehradní (akumulační), jejichž spád je vytvořen pomocí přehrady. Přečerpávací, které slouží k vyvažování energetických špiček v rozvodné síti. Přečerpávací elektrárny mají dvě nádrže a v době přebytku energie v síti tuto energii spotřebovávají k čerpání vody ze spodní nádrže do nádrže horní, zatímco v době energetických špiček naopak průtokem vody z horní nádrže do spodní nádrže elektrickou energii vyrábějí. Přílivové, využívajícího energii mořského přílivu.

Větrné elektrárny Větrné elektrárny vyrábějí elektrickou energii přeměnou z kinetické energie vzduchu proudícího mezi oblastmi s různým atmosférickým tlakem. Elektrárna je obvykle tvořena vysokým sloupem, na jehož vrcholu je umístěna hřídel s větrným kolem nebo vrtulí. Proudící vzduch (vítr) působí na lopatky kola nebo vrtule, čímž kolo nebo vrtuli roztáčí. Na hřídeli je připojený elektrický generátor, který vyrábí elektrickou energii. Výhodou větrných elektráren je jejich obnovitelný charakter a minimální vliv na životní prostředí. Nevýhodou je závislost na charakteru povětrnostních podmínek.

88

Geotermální elektrárny Geotermální elektrárny využívají energii zemského jádra, kterou získávají z hlubokých vrtů do nitra Země. Z těchto vrtů je obvykle získávána pára nebo horká voda. Možnost stavby elektrárny je závislý na tektonických podmínkách dané lokality. Geotermální energie je nejčastěji uvolňována jako doprovodný jev sopečné aktivitě, což klade vysoké nároky na stavbu elektrárny v seismicky aktivních oblastech. Solární elektrárny Solární elektrárny (nebo také sluneční elektrárny) získávají energii ze slunečního záření. Tuto energii přeměňují na energii elektrickou buď přímo prostřednictvím fotoelektrických článků pracujících na principu fotoelektrického jevu, nebo prostřednictvím ohřevu média v solárních kolektorech. Existují také experimentální elektrárny, které prostřednictvím velkých skleněných ploch ohřívají vzduch, který pak stoupá vzhůru a roztáčí větrnou turbínu. Přílivové elektrárny Vlivem slapových sil Měsíce a Slunce dochází na Zemi k pravidelnému zvedání a klesání mořské hladiny, zvanému příliv a odliv. Turbína přílivové elektrárny s vertikálním hřídelem využívá oba směry průtoků vody. Na hřídeli je připojený elektrický generátor, který vyrábí elektrickou energii. Stavba přílivových elektráren je vhodná pouze tam, kde je vysoký rozdíl hladiny moře při přílivu a odlivu. 2.11.3

Distribuce elektřiny

Elektrická přenosová soustava je systém zařízení, která zajišťují přenos elektrické energie od výrobců k odběratelům, čímž se míní přenos ve velkých měřítcích, od velkých zdrojů (elektráren) k velkým rozvodnám. Část od rozvoden k jednotlivým uživatelům, například domácnostem, se nazývá distribuce elektrické energie a odpovídající zařízení distribuční soustava. Přenosová soustava by se dala zhruba přirovnat k dálniční síti – tvoří páteř přenosu elektrické energie a zajišťuje přenosy na velké vzdálenosti a ve velkých objemech. 2.11.4

Telegraf

Telegrafie (z řeckých slov tele (τηλε) = daleký a grafein (γραφειν) = psát) je telekomunikační metoda umožňující přenést obsah textových zpráv (telegramů) na velkou vzdálenost. Za počátky telegrafie lze považovat dopravování velmi jednoduchých zpráv pomocí bubnů (tamtamy), kouřových signálů apod. Optický telegraf První optický telegraf představil Robert Hook Londýnské královské společnosti (Royal Society) na jedné z přednášek v roce 1684. Předvedl posluchačům zařízení ve tvaru dřevěné brány, s trojúhelníkovým terčem, posouvaným a natáčeným soustavou lan a kladek. Polohám trojúhelníku přiřadil písmena a číslice. Bylo tak možno signalizovat na dlouhou vzdálenost. Jeho myšlenka se ještě neujala. O sto let později, v roce 1793 sestrojil po několika letech pokusů Francouz Claude Chappe semaforový telegraf. Systém se skládal z věží, na nichž byla na stožáru umístěna pohyblivá ramena. 89

Kombinací natočení ramen bylo možno zakódovat až 196 různých znaků. Věže byly postaveny na dohled a vzájemně si předávaly zprávy. Trasy tohoto telegrafu po Francii byly později dlouhé stovky kilometrů. Tento systém vydržel až do objevu elektrického telegrafu. Elektrický telegraf První prakticky využitelný telegraf, založený na elektromagnetickém principu, sestrojili Carl Friedrich Gauss a Wilhelm Eduard Weber v roce 1836 v Mnichově. Další typ vytvořili Sir Charles Wheatstone a William Fothergill Cooke v Anglii. Jejich systém využíval jako detektor zmagnetizované jehly vychylované proudem v blízkých vodičích. V roce 1839 byl tento systém poprvé použit na železnici. 25. května 1844 odeslal americký malíř Samuel Morse zprávu z Washingtonu do Baltimoru (asi 50 km). Završil tak 12 let svých pokusů a vývoje a vytvořil tak Morseův telegraf - komunikační prostředek, který byl využíván dalších více než 100 let. Morseův telegraf využívá pro přenos informace pouze dva stavy vysílače resp. zdroje signálu (např. svítí/nesvítí, vysílá/nevysílá). Stavy se střídají tak, že je možné je ve výsledku vnímat lidskými smysly (typicky zrak, sluch) jako sérii mezer, teček a čárek a následně dekódovat do jednotlivých písmen abecedy, číslic a dalších znaků. Pro zakódování a dekódování informace se v současné telegrafii používá mezinárodně uznávaný protokol - tzv. telegrafní abeceda (resp. Morseova abeceda). Každému znaku odpovídá série teček a čárek oddělených mezerami, reprezentovaných stavy vysílá krátce, vysílá dlouze, nevysílá (resp. svítí krátce, svítí dlouze, nesvítí… atd.). Mezery mezi znaky jsou reprezentovány delšími mezerami ve vysílání. Tehdejším médiem pro přenos zpráv elektrickým telegrafem byly (a jsou) elektrické vodiče (kabely). Ty umožňovaly přenos zpráv typicky např. mezi poštovními úřady, železničními stanicemi apod. Zpráva přenášená telegrafem se nazývala telegram. Velkým omezením však byla podmínka, že do každého místa, kam bylo později možno touto cestou telegram doručit, bylo nejprve nutno kabely zavést. K doručování telegrafických zpráv se používaly i podmořské kabely spojující např. kontinentální Evropu s Anglií a později Evropu s Amerikou. Pro takto doručenou zprávu se vžil pojem kabelogram. V českých zemích byl uveden telegraf do veřejného provozu 15. února 1850. V roce 1888 už v českých zemích bylo podáno 1,3 milionu telegramů. Velký zlom v dalším rozvoji telegrafie pak nastal s rozvojem radiového vysílání. Bezdrátový telegraf Radiotelegrafie umožnila velký boom v poštovním styku, protože odstranila kabely jako extrémně limitující faktor rozvoje sítě. V tuto chvíli bylo možné prakticky okamžitě zřídit telegrafní pracoviště a přijmout (ale i vyslat) zprávu v kterémkoliv místě v dosahu vysílače. Obsluha radiotelegrafní stanice byla ale náročnější, než obsluha stanice propojených kabely. Zatímco kabelogramy se automaticky zapisovaly na papírovou pásku a bylo možné je číst se zpožděním a originál zprávy archivovat, u radiotelegrafního spojení musel být operátor přítomen a musel být schopen v reálném čase zprávu vysílanou v Morseově abecedě dekódovat a zapisovat. 90

První bezdrátový přenos mluveného slova uskutečnil slovenský katolický kněz, malíř a vynálezce Jozef Murgaš 23.11.1905, na vzdálenost asi 30 km mezi městy Wilkes-Barre a Scranton, v Pennsylvanii. Dne 10.05.1904 mu federální patentový úřad ve Washingtonu k vynálezu přidelil dva patenty:   2.11.5

Zariadenie na bezdrôtovú telegrafiu (759 852: „Apparatus for wireless telegraphy“) Spôsob prenášania správ bezdrôtovou telegrafiou (876 383: „The way of transmitted messages by wireless telegraphy“) Telefon

Obvykle je vynález telefonu přisuzován vynálezci jménem Alexander Graham Bell. Jeho první telefon byl sestrojen v

Obrázek 2.34 Analogový telefonní přístroj

Bostonu (USA) v roce 1876. Podle novějších údajů vynalezl telefon italský vynálezce Antonio Meucci už v roce 1849. Jeho prvenství bylo v červnu roku 2002 oficiálně potvrzeno například i kongresem Spojených států (Rezoluce 269). Podle dalších zdrojů vynalezl telefon i Philip Reis v roce 1860, ale jeho vynález pracoval na principu doteku velmi jemného kontaktu. Vysílač (mikrofon) byl vyroben z pivní bečky a tvarem připomínal lidské ucho. Přijímač (reproduktor) byl vyroben z pletací jehlice a krabice od doutníků. Tento telefon mohl skutečně přenášet lidský hlas, ale velice zkresleně a muselo se do něj mluvit správnou hlasitostí, aby kontakt pracoval správně. Telefon lépe než hlas přenášel hudbu. První rozhovor učinil Reis z fyzikálního sálu školy, kde vyučoval fyziku, do blízkého bytu svého přítele učitele zpěvu. Údajně měl mít tento obsah. „Koně nežerou okurkový salát“, zvolal Reis. „To vím už dávno, vy hňupe“, odpověděl kolega. O prvenství vynálezu k jednotlivým částem vynálezu bylo vedeno mnoho soudních sporů. Zvláště společnost Bell Telephone se snažila agresivně chránit své patenty. Výsledkem byly ale spíše další nejasnosti. Věc komplikuje i to, že vynálezci spíše předváděli své objevy novinářům a průmyslníkům, místo publikace ve vědeckých časopisech. Je nutno poznamenat, že současný telefon nemá jednoho vynálezce, ale je výsledkem postupného vylepšování a vynálezů velkého množství lidí. Telefon na jiném než elektrickém principu Pokud budeme za telefon považovat každé zařízení, schopné přenést hlas na velkou vzdálenost, je historie telefonu mnohem starší. První telefony pak byly čistě mechanickým zařízením. Nejobvyklejší byl trubkový telefon. První známý popis je z roku 968, podle něhož čínský vynálezce Kung-Foo-Whing využil roury k hovoru na dálku. Trubkové telefony se dožily velkého rozšíření v lodní dopravě, kde umožnily relativně spolehlivé zvukové spojení oddělených částí lodi. Dalším, byť spíše kratochvilným typem telefonu, je lankový telefon. Je tvořen dvěma membránami, spojenými napnutým provazem, nití nebo strunou. Chvění jedné membrány je strunou přenášeno na druhou membránu. Tento telefon si můžete vyrobit ze dvou plastových kelímků, když jejich dna propojíte několika metry niti.

91

2.11.6

Elektrické osvětlení

Obloukové lampy Poté, co Pavel Nikolajevič Jabločkov (v Ottově encyklopedii uvedený jako Pavel G. Jabločkov) vynalezl a František Křižík zdokonalil obloukovou lampu, elektrické osvětlení rychle vytlačovalo plynové. Takzvaná Jabločkovova neboli ruská svíčka měla udělen patent roku 1876, v roce 1878 ji Jabločkov předvedl na Světové výstavě v Paříži. Křižík si svou první inovaci nechal patentovat roku 1878. V Paříži byla založena zvláštní společnost Societé génerale d´Electricité, Procédes Jablochkoff k zužitkování vynálezu Jabločkova a elektrickým osvětlením osvětlila pařížskou avenue de l´Opera, zatímco rovnoběžná Rue du 4. Septembre byla pro srovnání osvětlena plynem. Vyhodnocení ekonomie provozu ukázalo, že elektrické osvětlení bylo asi 6× dražší než osvětlení plynové. Když chtěl Jabločkov získat obloukové lampy pro osvětlování v Rusku, musel celou společnost odkoupit zpět za jeden milion franků. V roce 1882 dostal Křižík na Mezinárodní elektrotechnické výstavě v Paříži za obloukovou lampu zlatou medaili. Téhož roku osvětlil obloukovkami Hybernskou ulici v Praze. Obrázek 2.35 František Křižík - Křižíkova fontána

Dodnes funguje na pražském výstavišti spojení vody a elektrického osvětlení

V roce 1887 zakoupilo město Písek 24 kusů obloukovek a 61 žárovek, které byly napájeny z elektrárny v Podskalském mlýně. 23. června 1887 bylo v Písku uvedeno do provozu první české veřejné elektrické osvětlení celoměstského významu. Pro Zemskou jubilejní výstavu království českého v roce 1891 použil Křižík 226 obloukovek a více než 1400 žárovek. Do té doby už jeho závody vyrobily asi 29 000 žárovek a přes 1400 obloukovek. Ty byly také podle jeho patentů vyráběny v řadě zemí – mimo jiné v USA, v Anglii, Německu, Španělsku, Francii, Rusku i jinde. V Turnově bylo zřízeno veřejné elektrické osvětlení roku 1905.

92

Žárovka Technologicky výrobu žárovky zvládl Thomas Alva Edison v roce 1879 - první žárovka byla rozsvícena 21. října 1879 a svítila 40 hodin. Na trh byly uvedeny žárovky v provedení s bambusovým vláknem a standardní šroubovací paticí E27 v roce 1881. Svítily asi 600 hodin a stály poměrně dost - 1 dolar 15 centů. Edison ale není vynálezcem žárovky. Jeho předchůdcem byl Heinrich Göbel. První pokusy se žárovkou (principiálně vznik světla žhavením materiálů průchodem elektrického proudu) lze datovat k roku 1802 (Humphry Davy). Jako datum jejího vynalezení je často uváděn rok 1854 a jméno Göbel (Goebel), ale výrobou žárovky v soudní síni Edison dokázal, že prvenství ve využití patří jemu.

Obrázek 2.36 Žárovka 40W

Ze žárovky se později vyvinula elektronka, která byla základem elektronických přístrojů až do vynálezu tranzistoru. Efekt vyzařování elektronů z rozžhaveného vlákna objevil kolem roku 1890 T. A. Edison a tento efekt je po něm pojmenován. Střední doba života standardní žárovky je 1000 hodin. (Střední doba života znamená, že po uvedené době musí být v provozu nejméně 50% původních žárovek). 2.11.7

Elektrické motory

Elektromotor přeměňuje elektrickou energii na mechanickou, případně také naopak. Většina elektromotorů je založena na využití silových účinků magnetického pole. Zjednodušeně si lze představit, že se využívá vzájemné přitahování a odpuzování dvou elektromagnetů, nebo elektromagnetu a permanentního magnetu. Sílu a polaritu elektromagnetu můžeme řídit velikostí protékajícího elektrického proudu. Současně s působením elektromagnetické síly je ve vodiči indukováno elektrické napětí. Tento jev se upltňuje v brzdovém, motorickém i generátorickém chodu stroje. Elektrický stroj má tři režimy provozu:  



motorický režim - elektrický motor odebírá elektrickou energii z elektrického zdroje (elektrická síť, baterie, generátor) a přeměňuje ji na mechanickou energii na hřídeli. generátorický režim - elektrický motor odebírá na hřídeli mechanickou energii z připojeného mechanického zdroje energie (kinetická, polohová energie, spalovací motor, parní turbína, parní stroj, klika, vrtule větrné elektrárny, a jiné). Mechanická energie je pak přeměněna na elektrickou energii, která je dodávána do elektrické sítě, do akumulátorové baterie, nebo do připojené elektrické zátěže. režim brzdy – elektrický motor odebírá elektrický výkon z elektrického zdroje. Odebraný elektrický výkon působí proti mechanickému výkonu na hřídeli, tj. působí proti mechanickému pohybu. Elektrická i mechanická energie je v elektrickém stroji přeměňována na teplo. Teplo se vyvíjí především v kotvě elektrického motoru, která se značně ohřívá. Proto brzdný režim smí být využíván jen krátkodobě.

93

Točivý stroj má dvě části: 



Stator je pevná část stroje, která bývá vnější částí stroje. Na statoru bývají upevněny cívky vinutí s magnetickým obvodem, magnety a elektromagnety. V dutině statoru je pohyblivě umístěn rotor. Rotor je otočná část stroje s magnetickým obvodem, vinutím a hřídelí, na které jsou nasazeny kroužky nebo komutátor.

Stroj je konstruován tak, aby na sebe vhodně vzájemně působila magnetická pole rotoru a statoru a působením vytvářela krouticí moment. Krouticí moment je přenášen na hřídel stroje. Otáčející rotor se vykonává mechanickou práci. Elektrické točivé stroje jsou obvykle konstruovány tak, že se rotující část stroje nachází obvykle uvnitř statoru. Obrácenou konstrukci mají například stroje, u kterých je požadován zvýšený moment setrvačnosti – například magnetofony napájené napětím o síťovém kmitočtu.

2.12 Tisk, fotografie, kino 2.12.1

Psací stroj

Obrázek 2.37 Mechanický psací stroj Remigton

Psací stroj je zařízení, které přenáší text, který uživatel píše na klávesnici, na papír. Skládá se z klávesnice a mechanického nebo elektricky poháněného zařízení, které přenáší psaný text. Papír bývá posunován nejčastěji pomocí válce. Horizontální posun papíru zabezpečuje posuvný vozík. Podle typu stroje se posunuje válec s připevněným papírem po každém úhozu na klávesu (vytištění jednoho znaku) o jeden krok doleva.

V roce 1874 prodali Christopher Latham Sholes a Carlos Glidden zbrojovce E. Remington & Sons psací stroj, který pojmenovali Typewriter. Ten uměl psát pouze velká písmena (verzálky). Druhá verze Typewriteru již byla vybavene jak sadou velkých, tak sadou malých písmen, které byly obsluhovány přeřaďovačem, dnes shift. Nepříjemný problém při psaní na psacím stroji způsobovalo rychlé psaní písmen, jejichž typové páky byly těsně vedle sebe. Docházelo k jejich častému zasekávání a psaní se stalo velmi zdlouhavé. Proto vymysleli nové rozložení kláves, kdy typové páky nejčastěji používaných kláves jsou rozmístěny dál od sebe a zároveň umožnilo uživateli ovládání klávesnice všemi deseti prsty. Tak vzniklo anglické rozložení klávesnice používané například u počítačových klávesnic dodnes. Česká klávesnice vychází z německých psacích strojů, které se do Čech začaly dovážet koncem 19. století. Ty měly přehozené klávesy Z a Y, protože Z se v němčině používá mnohem častěji než Y. 2.12.2

Tisk a tiskařské stroje

Nejdůležitější z Gutenbergových inovací byl vynález písmolijectví. Umožňoval sériovou výrobu tvarově shodných tiskařských liter. Písmorytec nejprve vyryl zrcadlově obrácený obraz písmene – patrici, která byla následně použita jako razidlo. Otiskem do měkčího kovu vznikla forma – matrice. Matrice se vložila do licího strojku a zalila roztavenou liteřinou, slitinou cínu, olova a antimonu, což je patrně také vynález Gutenbergův. Odlité litery byly otočeným obrazem písmena. Základna (tělo) litery sloužila nejen jako podložka pro písmeno, ale svými rozměry určovala i rozestupy mezi písmeny v řádku. Stejná písmová výška umožňovala řazení různých písmen do jednotné sazby. 94

Každá tisková strana byla sestavována do dřevěné sazebnice, která určovala přesné řádkování i místa pro mezery a ilustrace. Stránky se sestavily do archu a na sazbu se nanesla koženými tampony tiskařská čerň, Gutenbergem nově vyráběná na bázi fermeže. Pomocí upraveného lisu na víno se pak dal vytisknout celý arch najednou místo dřívějšího ručního přitlačování hladítky. Gutenbergem vynalezený postup se používal bez výrazných změn až do konce 18. století. Význam knihtisku Hlavní význam knihtisku spočívá v rozšíření písemné kultury mezi širší vrstvy obyvatelstva. Knihy vydané v mnoha tištěných exemplářích byly daleko dostupnější a lépe odolaly hrozbě úplného zániku než unikátní rukopisy. Vytváření identických kopií mělo i velký normotvorný význam. Díky knihtisku například došlo ke sjednocení liturgických textů, zásadní roli hrál knihtisk i při utváření závazných jazykových pravidel. Nové překlady Bible Martina Luthera nebo Kralických se staly základem spisovného německého a českého jazyka. V 1. polovině 16. století se knihtisk stal zásadním médiem, které ovlivnilo rozmach reformačního hnutí. Knihtisk umožnil masovou produkci, kdy jedné knihy mohly být najednou vytištěny statisíce exemplářů. Např. jen dílna Hanse Luffta, tiskaře ve Wittenbergu, vytiskla mezi lety 1534 a 1574 více než 100 000 výtisků Lutherovy bible. Nakladatelsko-autorské vazby vytvářené kolem tiskařských dílen významně působily při utváření individuálně chápaného moderního autorství. Množství tiskáren způsobilo také pokles ceny knih a obnovení knižního trhu. Rozšíření knihtisku Určení přesného data vzniku u nejstarších prvotisků bývá velice obtížné. Nakladatelské údaje u knih totiž zpočátku nebyly pravidlem, mnohdy se zachoval pouhý zlomek díla. Proto se na datování prvních tisků často usuzuje srovnávacím studiem tiskového písma, filigránů, obsahovou a jazykovou analýzou textu nebo na základě archivních pramenů. Zpočátku byl vynález výrobním tajemstvím dílny vynálezce knihtisku Johannese Gutenberga. Poté co Gutenberg prohrál soudní spor s Johannem Fustem a byla mu v exekuci zabavena dílna, rozešla se část jeho učňů do světa. V letech 1458/9 se usadili v Bamberku, v roce 1460 ve Štrasburku. Z Německa se potom knihtisk rozšířil do Rakouska (1461), Itálie (1465), Francie (1470), Švýcarska (1468), Španělska (1472), Anglie (1473), Maďarska (1473), Polska (1473), Dánska (1482), na Moravu (1486). Do Čech se v polovině 70. let 15. století rozšířil knihtisk pravděpodobně přímo z Bamberku. Před rokem 1500 se dále tisklo na území Švědska, Chorvatska, Černé Hory. Německý tiskař v portugalských službách tiskl roku 1494 na ostrovech Sao Tomé v Africe. Roku 1500 existovalo už 1100 dílen ve více než 250 městech, převážně v Itálii (80), Německu (50), Francii (40) a Španělsku (30). Šíření knihtisku záviselo na ekonomické vyspělosti jednotlivých lokalit, dostupnosti surovin a existenci movitých objednavatelů (biskupské a panovnické dvory, univerzity, kapituly). V 16. století byl knihtisk zaveden v Rumunsku, Řecku, Bosně, Litvě, Islandu, Srbsku, Rusku, ze Španělska a Portugalska knihtisk rozšířili misionáři do Jižní a Střední Ameriky (Mexiko 1539), do Indie (Goa 1550) a Japonska (Nagasaki 1590). Židé začali tisknout hebrejskými typy ve Španělsku, Řecku a Turecku, na sever od Alp potom poprvé 1525 v Praze. Tisk slovanskými literami (hlaholicí 95

a cyrilicí) vznikl koncem 15. století na Balkáně, od roku 1517 tiskl František Skaryna cyrilskými literami v Praze. V 17. století se knihtisk rozšířil například do Severní Ameriky, Finska nebo Norska. V islámských zemích byl knihtisk přísně zakázán až do roku 1729, s výjimkou židovských a křesťanských knih. Bulharsko či Austrálie datují první tištěné knihy až do 19. století. Rozvoj tiskařských technik v 19. a 20. století Se šířením gramotnosti vznikla v 19. století nová poptávka po levnějších knihách a tiskovinách. Důležitým pokrokem bylo zavedení strojní výroby papíru v "nekonečném" pásu, od poloviny 19. století ze dřeva, vynálezy lepších tiskařských lisů (rychlolisy, rotační tisk) a postupně i nových technik tisku z hloubky (hlubotisk) a z plochy (litografie, ofset). Ve druhé polovině 19. století začal masový tisk novin na rotačních strojích a od poloviny 20. století začal ofset vytlačovat tisk z výšky i v tisku knih, časopisů a novin. Koncem 20. století se masově rozšířila fotosazba a barevný ofsetový tisk, který je dnes nejběžnější tiskovou technikou. Tabulka 2.1 Přehled vývoje tiskařské technologie

rok

technologie

princip

200

Dřevěný tiskařský štoček

první dřevěná razítka

1040

Zaměnitelné typy

samostatné znaky umožňující nezávislou skladbu slov

1453

Tiskařský lis

mechanizace tisku

1515

Leptání

chemické rozrušovíní podložky

1642

Mezzotinta

na štočku se skoblinou vytvoří takový povrch, aby nám po tisku tvořil černou plochu. Světlé odstíny se vyhlazují hladítky a podobnými nástroji.

1772

Aquatinta

grafická technika tisku z hloubky.

1796

Litografie

kamenotisk, metoda tisku především na hladké povrchy.

1837

Chromolitografie

metoda pro vícebarevný tisk

1843

Rotačka

tiskový stroj, u něhož je tisková sazba umístěna na rotujícím válci.

1869

Hektograf

kopírovací přístroj na tisk bez použití lisu

Offsetový tisk

nepřímý tisk, kdy se z tiskové formy tiskne na pryží potažený válec a z něj teprve na papír. Barva se přenáší dvakrát a předloha na tiskové formě není stranově převrácená.

1875

96

1886

Mimeograf - Cyklostyl

přístroj na rozmnožování textu

1910

Sítotisk

šablonový tisk - protlačování barvy přes prostupná místa šablony na průtiskový materiál

1938

Xerografie

suchý kopírovací proces, při němž se na polovodivé, elektricky nabité vrstvě vytvoří "latentní" obraz předlohy, na nějž se elektrostatickou silou přichytí částečky barviva (toner), otisknou na papír a tepelně fixují.

1949

Fotosazba

způsob vytváření tiskové předlohy pro ofsetový tisk pomocí fotografického filmu a papíru.

1951

Inkoustový tisk

inkoust je na papír vymršťován velkou rychlostí v podobě kapek

1957

Sublimační tisk

sublimace (změna fáze pevná látka-plyn-pevná látka) barev z barvící pásky na papír.

1968

Jehličková tiskárna

tisková hlava s jehličkami přes barvící pásku otiskuje text na papír.

Laserová tiskárna

laserový paprsek vykresluje obrázek na světlocitlivý válec, na jehož povrch se poté nanáší toner. Ten se uchytí jen na osvětlených místech, obtiskne se na papír a na závěr je k papíru tepelně fixován.

Termotisk

Termální tisk je proces, při kterém je přenášeno teplo z tiskové hlavy na speciálně chemicky ošetřený termální papír. (účtenky)

3D tisk

proces, při kterém se prostřednictvím specifického zařízení vytvářejí trojrozměrné objekty z vhodného materiálu.

Digitální tisk

tiskový způsob, který umožňuje bez dalších mezikroků tisknout již od jednoho kusu přímo z počítače.

1969

1972

1984

1993

Zdroj: vlastní zpracování

97

2.12.3

Výroba papíru

Ruční papír Papír byl vyráběn původně z lněného nebo bavlněného odpadu. Se vzrůstající potřebou papíru však bylo potřeba hledat nové technologie, což vedlo k využívání pilin, slámy a starého papíru (jeho využívání vedlo mnohdy k ničení archiválií). Výroba: nabírání papíroviny z kádě na čerpací formu. Původní čerpací formu tvořil laťový rám vyztužený žebry, na kterých bylo upevněno síto. Forma měla dvě části - síto a snímatelný rám - jeho výškou se řídila vrstva papíroviny a tím i gramáž papíru. Formy si mohl papírník vyrábět sám, ale vyráběli je také formaři. Na ručním papíru se objevují stopy síta (žebrování) nazývaný vergé (veržé) a vodotisky. Objevují se papíry bez stop síta na papíru a bez stop síta v průsvitu - síto bývalo velice husté. Takový papír se nazývá velin. Moderní výroba Moderní výrobní proces papíru na papírenském stroji, jenž byl vynalezen panem Fourdrinierem, má tyto fáze:  





Výroba vláknoviny – buničiny: Ze vstupního materiálu (dřevěné štěpky) je nejprve vyrobena buničina případně dřevovina. Příprava: Použitá vláknina se pak upravuje podle typu vyráběného papíru a to mechanicky a chemicky. Mechanické úpravy - mletí. Vláknina se ve vodní suspenzi mele kontinuálně v diskových mlýnech. Pro měkké savé papíry se vláknina mele velmi málo, avšak pro tukotěsné papíry (pergamenová náhrada)je stupeň mletí velmi vysoký. Chemické úpravy - do vlákniny se přidává kationický škrob (zvýšení pevností papíru), barvy, klížidlo (proti rozpíjení tiskových barev nebo inkoustu), plniva - kaolin nebo uhličitan vápenatý (aby nebyl papír průsvitný), retenční prostředky (pro zvýšení výtěžnosti), a další chemické prostředky. Papírenský stroj o Mokrá část. Vláknitá suspenze natéká na podélné nekonečné síto, kde dochází k odvodnění vlákniny tak, že vlákna se usazují na povrchu síta a voda protéká do sběrné vany. Dále se může voda ze spodní strany síta odsát sacími skříněmi. Lisová část. Papírový list se snímá ze síta pomocí plstěnce do lisové části (několik válcových lisů za sebou), kde se lisováním odstraní další množství vody z papírového listu. o Sušící část. Protože již není možné mechanicky odstranit zbylou vodu v papírovém listu, musí se papírový list sušit na válcích, které jsou vytápěny párou. Ve středu sušící části může být umístěno natírací zařízení pro povrchové úpravy papíru (povrchové klížení nebo natíraní). Na konci papírenského stroje může být kalandr. Jedná se o zvláštní lis, kde se papír povrchově uhlazuje, pak následuje navíječ, kde se papírový list navíjí do rolí nebo řeže na formáty. Formování do archů: Směs celulózy se dále ředí vodou, výsledkem je velmi jemný neusazený kal (suspenze). Tato zředěná suspenze se cedí přes jemné, pohybující se síto, v nekonečný pás papíroviny. Vodotisk může být vložen do papíru v této fázi procesu. Tento pohybující se pás je stlačen a sušen do spojitého pásu papíru. V případě formového procesu, množství celulózy je nabráno do formy s drátově-sítovým základem (nebo jiným cedicím zařízením), tedy vlákna jsou položená na sítu, a nadbytečná 98

voda může být odceděna mimo. Nyní lze použít tlak na odstranění přebytečné vody. Papír pak může být odebrán z formy, vlhký nebo suchý, a lze pokračovat v dalším zpracování. Většina hromadně vyráběného papíru se vyrábí použitím spojitého (Fourdrinierova) procesu pro vytvoření listu. Po vysušení tento spojitý list může být nařezán podélně a příčně na požadované rozměry. Standardní rozměry archů jsou předepsané regulačními orgány Mezinárodní organizace pro standardizaci (International Organization for Standardization ISO).  Další přísady: Neupravený papír, který obsahuje jen stlačenou a usušenou celulózu, je velmi savý (např. savý papír), a neposkytuje dobrý povrch pro psaní nebo tisk. Proto je v papíru použito velké množství přísad na dodání požadovaných vlastností. Ty jsou použity v povrchové vrstvě zvané apretura. Přísady apretury jsou často polymery navrženy tak, aby poskytovaly lepší povrch pro tisk. Škroby, jako je polyvinylacetát (polyvinyl acetate - PVA), jsou velmi často používané, ale kolik je typů papíru, tolik typů apretur je použito. Povrchové vrstvy též mohou být hlazeny, aby se na papír lépe psalo. Struktura neupraveného papíru je drsná, a proto se pro dosažení větší hladkosti používají povrchové vrstvy sestávající z latexu nebo jiných pojiv a plnidel, jako jsou kaolin nebo uhličitan vápenatý. Lesklé, hedvábné nebo kamínkové papíry, jako časopisecký papír (pro vnitřní stránky), se vyrábějí tímto způsobem. Lesklého efektu (např. na obálkách módních časopisů) se dosáhne na konci tiskového procesu, lakováním nebo laminováním, a není tedy vlastností papíru. Jiné přísady se používají pro rozšíření různých vlastností papíru, nejčastějšími z nich jsou optické zjasňovače (OZP), které dodávají papíru modrý odstín. Dalšími přísadami mohou být plnidla, klížidla, retenční prostředky, odpěňovače a další, které dodávají papíru vzhled a požadované vlastnosti. „Granitový papír“ je název papírové suroviny obsahující velmi jemná obarvená vlákna buď z látky, nebo z papíru.  Sušení: Papír se suší i několikrát během výroby (suchý papír je mnohem pevnější než vlhký, proto je lepší papír usušit a předejít tak jeho protržení a zastavení produkční linky). 2.12.4

Fotografie

Fotografie je proces získávání a uchování obrazu za pomocí specifických reakcí na světlo, a také výsledek tohoto procesu. Zahrnuje získání záznamu světla tak, jak jej odrážejí objekty, na světlocitlivé médium pomocí časově omezené expozice. Proces je uskutečněn mechanickými, chemickými nebo digitálními přístroji – fotoaparáty. Praktická lidská činnost, při které je tento proces uskutečňován se obvykle nazývá fotografování. Projekce obrazů na plochu je známá již po staletí. Tzv. camera obscura a camera lucida byly umělci využívány již v 16. století. Tyto jednoduché přístroje ovšem zachycený obraz neuměly nijak ustálit, pouze promítaly objekty před nimi. Camera obscura doslova přeloženo znamená „temná místnost“. Černobílá fotografie Za první chemickou fotografii je považován snímek, který zhotovil roku 1826 francouzský vynálezce Nicéphore Niépce na vyleštěnou cínovou desku pokrytou petrolejovým roztokem. Vznikl ve fotopřístroji a čas expozice byl celých osm hodin za slunného dne. Tento zdlouhavý proces se ukázal býti slepou uličkou a Niépce začal experimentovat se sloučeninami stříbra, přičemž vycházela z

99

poznatků Joanna Heinricha Schultze, který zjistil, že směs křídy a stříbra tmavnou, pokud jsou osvětleny. Niépce a umělec Jacques Daguerre zdokonalili existující proces na bázi stříbra společně. V roce 1833 Niépce umřel a nechal své poznámky Daguerrovi. Ten, přestože neměl příliš zkušeností s vědou, učinil dva klíčové objevy. Zjistil, že pokud stříbro nejprve vystaví jódovým parám, pak snímek exponuje a nakonec na něj nechá působit rtuťové výpary, získá viditelný a nestálý obraz. Ten pak lze ustálit ponořením desky do solné lázně. V roce 1839 Daguerre oznámil, že objevil proces využívající postříbřenou měděnou desku, nazval jej daguerrotypie. Podobný proces dodnes využívají fotoaparáty typu Polaroid. Francouzská vláda patent koupila a dala jej ihned k volnému užití (public domain). Na druhé straně kanálu La Manche, William Fox Talbot objevil již dříve jiný způsob, jak ustálit obraz získaný pomocí stříbrné expozice, ale udržoval jej v tajnosti. Poté, co četl o Daguerrově vynálezu, Talbot svůj proces zdokonalil tak, aby byl dostatečně rychlý a citlivý pro snímání lidí, a v roce 1840 oznámil vynález calotypie. Listy papíru potáhl vrstvou chloridu stříbrného pro vytvoření okamžitého negativního obrazu, který může být použit k vytvoření libovolného množství kopií, což se podobá i dnešnímu běžnému negativnímu procesu. Talbot si proces patentoval, čímž značně omezil jeho používanost. Po zbytek života pak soudní cestou obhajoval svůj patent a nakonec svojí práce na poli fotografie zanechal. Později ale Talbotův proces zdokonalil George Eastman a ten je používán dodnes. Také Hippolyte Bayard vyvinul způsob, jak fotografovat, ale s oznámením vynálezu se zpozdil a není proto počítán mezi objevitele fotografie. V roce 1851 vynalezl Frederick Scott Archer mokrý kolodiový proces, později použitý Lewisem Carrollem. Barevná fotografie Fyzikální princip barevné fotografie poprvé předvedl James Clerk Maxwell v Londýně 17. května 1861. Promítl na plátno současně tři černobílé snímky barevné řádové stuhy přes červený, zelený a modrý filtr, které byly předtím exponovány přes filtry stejných barev. Prokázal tak princip aditivního míchání barev. Ve skutečnosti však byla použitá exponovaná fotocitlivá emulze necitlivá na červenou barvu. Místo červené byla na snímku přes červený filtr exponována okem neviditelná ultrafialová část spektra. Prakticky však byla tato technika kvůli své komplikovanosti nepoužitelná. Na výzkumy Jamese Maxwella navázal Louis Ducos du Hauron Od roku 1862 pracoval několik let na praktickém způsob záznamu barevných fotografií pomocí dvou barevných systémů: subtraktivního (žlutá, azurová, purpurová) a aditivního (červená, zelená, modrá) barevného systému. Roku 1868 tyto metody patentoval. Osvítil bromostříbrnou kolodiovou desku výtažkovými filtry a zhotovil tak diapozitivy zabarvené do červena, modra a žluta. Tyto tři části pak musely být k získání konečné fotografie zcela přesně položeny přes sebe. Kvůli vysokým nákladům této metody se však v praxi mnoho nepoužívala. Jednou z prvních barevných fotografií je Landscape of Southern France, pořízená subtraktivní metodou r. 1877. Zároveň s Hauronem objevil podobný systém Charles Cros, který později s Hauronem spolupracoval. Roku 1888 F. E. Ives vyvolal tříbarevnou fotografii. Tu pak Němec Adolf Miethe od roku 1903 používal v praxi. A. Miethe vynalezl také panchromatické zcitlivění pro reprodukci barevných tónů. Dalšími, kdo se zabýval barevnou fotografií, byli roku 1904 v Lyonu bratři Auguste a Louis Lumièrové, kteří představili první autochromové desky, které se daly reprodukovat barevným tiskem, a umožnili v praxi vyrobit fotografii jediným snímkem.

100

V roce 1884 vyrobil George Eastman první fotografický film, který zbavil fotografy nutnosti nosit s sebou těžké skleněné fotografické desky a jedovaté chemikálie. V roce 1888 uvedl první filmový fotoaparát pod obchodním názvem Kodak. Rok 1925 byl na trh uveden fotoaparát Leica, používající 35mm film, který se od té doby stal standardem maloformátové fotografie. Od roku 1935 jsou na trhu i barevné filmy, v roce 1963 vyvinula firma Polaroid emulze umožňující vytvářet barevné snímky, které nepotřebovaly žádné další zpracování, a fotografie se na nich objevila několik minut po expozici – tzv. okamžitá fotografie.

2.12.5

Vývoj kinematografie

Kinematografie (z řečtiny kinéma - pohyb a grafein - psát) je souhrnné označení pro veškeré činnosti spojené s filmem a filmováním (výroba filmů, výroba filmové Obrázek 2.38 Lumierův techniky, organizace distribuce, prodej). kinematograf k projekci filmu Používá se i jako označení pro film, nebo označuje záznam rychlých pohybů s vysokým obrazovým kmitočtem (např. výzkum explozivních dějů). Film je založen na biologické nedokonalosti lidského organismu, zejména pak zraku, ta je způsobena tzv. setrvačností lidského oka. Tato fyziologická nedokonalost pak způsobuje, že rychlé střídání promítaných obrázků za velmi krátký časový úsek se našemu očnímu nervu a následně i mozku jeví jako nepřerušená činnost (obraz se netrhá a je vnímám mozkem jako spojitý pohyb). Tento zajímavý fyziologický jev se dnes využívá nejen v klasické kinematografii, ale i při sledování televize a obrazů vytvářených počítačovými monitory. Kinematograf je zastaralý výraz pro původní konstrukci prvních filmových promítaček. V přeneseném významu se také jednalo o původní název pro dnešní termín kino či biograf. V dnešní době se toto slovo používá jen velice zřídka, pokud ano tak jedině jakožto označení pro přenosné či pojízdné.

101

SHRNUTÍ KAPITOLY

Právě dočtená kapitola představuje technické pokroky, jichž bylo dosaženo prakticky ve všech odvětvích lidské činnosti. Výrazně tomuto rozvoji napomohl vynález a praktické uplatnění parního stroje. Modernizace dopravy, stavitelství, těžba surovin, rozšíření paliv, hutnictví, chemický průmysl, textil, sklo, a jiné hmoty a vedle toho i zdokonalování výrobních postupů v průmyslu papíru, v elektrotechnice, v polygrafii… to vše současně provázeno šířením kultury, poznatků z medicíny, farmacie …položilo základ k mohutnému a současně všestrannému rozvinutí tvůrčích sil člověka.

KONTROLNÍ OTÁZKA

1. princip a význam parního stroje 2. významné objevy v průmyslové výrobě

ŘEŠENÍ

Spočívá v užívání dosavadních poznatků v rozvoji společnosti, řadu věcí lze např. najít ve výstavní expozici Svět techniky případně v Průmyslovém muzeu.

ÚKOLY K PROCVIČENÍ

1) princip parního stroje 2) základy hutnictví kovů 3) úloha paliv a energií v rozvoji společnosti

102

3 DVACÁTÉ STOLETÍ A SOUČASNOST CÍL Smyslem této kapitoly je souhrn poznatků z nejnovějších úseků ve světě techniky. Po prostudování kapitoly budete umět. Mohutný rozvoj nových hmot, nových výrobních postupů a jejich praktické uplatnění dovedly lidskou společnost k poznávání až dosud neprobádaných míst, obecně označovaných jako Terra incognita – země neznámá, nepoznaná. A tak se lidstvo postupně seznamuje s raketovými motory, které umožní bádání ve vesmíru, vzniká zvláštní obor nesoucí název kosmonautika, studují se podmínky života na vesmírných korábech, snažíme se odhalit tajemství jiných planet. Tomu nesporně napomáhá nástup polymerů, vláken (kevlar aj.), uplatňují se progresivní formy uhlíku, Znalosti fullereny a jiné modifikace. Vývoj a užití informačních technologií (IT), miniaturizace technických prvků, výkonnost, rychlost přenosu aj. – to jsou předpoklady jejich úspěšného nasazení. Nové zdroje energie – fotovoltaika, tepelná čerpadla - jdou ruku v ruce s tímto pokrokem. Stáváme se svědky nových objevů, uveďme alespoň nanotechnologie, umělou inteligenci, robotiku, transplantační procesy. Doslova jde o příval informací, avšak musíme se naučit s nimi pracovat.

Bystrý pozorovatel zaznamená růst dovedností jednotlivců, avšak při objektivním hodnocení úrovně nutně docházíme k závěru, že se posiluje přímo mistrovská dovednost v zacházení s prostředky z oboru IT, poněkud do pozadí je bohužel zatlačována ona dovednost řemeslná, odedávna skrytá Dovednosti pod sloganem Zlaté ručičky českých dělníků … To znamená, že i takto zaznamenaný výsostný rozvoj materiálů a technologií se NEMŮŽE obejít bez jednotlivých výrobních kroků, podložených dovedností rukou a uvažující hlavou.

KLÍČOVÁ SLOVA Proudové motory, raketové motory, kosmonautika, polymery, biotechnologie, počítače, internet, fotovoltaika, akronymy, umělá inteligence, nanotechnologie, robotika, kmenové buňky

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

103

Základní znalosti a přehled získá student během 3 hodin. Pokud ovšem zvlášť některé odstavce probudí jeho zájem, může zde strávit velmi dlouhou dobu.

104

3.1 Dvacáté století a současnost 20. století přineslo řadu novinek. Ve fyzice objev jaderného štěpení vedl k využití jaderné energie. Byl také vynalezen počítač, který byl později miniaturizován využitím tranzistorů a integrovaných obvodů. Spojováním počítačů vznikaly místní počítačové sítě a nakonec síť Internet, který předznamenal současný věk informací. Lidé mají také možnost orientovat se v prostoru pomocí satelitů obíhajících kolem země (GPS Global Possesioning System). Tyto satelity jsou využívány také pro komunikaci. Samostatnou kapitolou je dobývání vesmíru. Přestože od prvního letu člověka do vesmíru uplynulo již více než padesát let, jsou přes všechny pokročilé technologie lety do vesmíru i v dnešní době nevšední událostí. Významný pokrok nastal také v medicíně. Přestože bylo objeveno mnoho nových léčebných postupů, byly provedeny náročné operace srdce, mozku a dalších životně důležitých orgánů, terapie pomocí kmenových buněk, stále zůstává velké množství výzev, které zůstaly nevyřešeny. Složité výrobní procesy a stavební techniky jsou nutné pro výstavbu a podporu nových technologií. Vznikly zcela nová průmyslová odvětví zabývající se podporou a rozvojem další generace stále složitějších nástrojů. Moderní technologie stále více spoléhá na školení a vzdělávání. Návrháři, stavitelé, správci a uživatelé nových technologií často vyžadují mimo obecné i sofistikované specifické vzdělávání. Navíc, některé technologie se staly tak složité, že vyžadují podporu širokého týmu inženýrů, mediků, informatiků a dalších specifických profesí. 3.1.1 Dobývání vzdušného prostoru a vesmíru Proudové motory Proudový motor je typ motoru, který se používá v letectví. Pracuje na principu Newtonowa zákona o akce a reakce – spaliny vycházející z motoru působí silou opačným směrem na motor, který tím ženou vpřed. V přední části motoru se nachází vstupní ústrojí, kterým do něj vstupuje vzduch, ten je dále nasáván kompresorem, který vzduch stlačuje; ten se tím zahřívá a následně putuje do spalovací komory. Zde se do vzduchu vstřikuje palivo. Zažehnutím směsi se uvolní tepelná energie a horké plyny, vycházející ze spalovací komory, roztáčejí turbínu v Obrázek 3.1 Schéma proudového motoru zadní části motoru, která přes hřídel vedoucí podélnou osou motoru pohání kompresor. Za turbínou, ve výstupní trysce, je vysoký tlak a tepelná energie se mění na kinetickou, tím vzniká tah motoru. První proudový motor se objevil ve 30. letech, kdy na něm pracovali dva různí konstruktéři – Frank Whittle v Británii a Hans von Ohain v Německu. Whittle svůj motor patentoval už roku 1930, ale k jeho zkouškám došlo až roku 1941, kdy byl zamontován do trupu letounu Gloster E.28/39 a 15. května 1941 poprvé vzlétl na základně RAF v Cranwell. Operačně byl nasazen až roku 1944 na letadle Gloster Meteor. V Německu byl vývoj rychlejší a první letadlo (Heinkel He 178) vzlétlo už roku 1939.

105

Motory stavěné po druhé světové válce měly oboustranné radiální kompresory a neregulovatelné výstupní trysky. Nároky na výkon ale rostly, a tak se začal používat axiální kompresor. Jeden stupeň axiálního kompresoru má menší stlačení i účinnost než kompresor radiální, použitím vícestupňového axiálního kompresoru však dosáhneme vyšší celkové stlačení. Je také možné zkombinovat vícestupňový axiální kompresor s radiálním, zařazeným za ním na společné hřídeli. Dnes se jednoproudový motor používá pro nadzvuková letadla pro velké výšky a rychlosti, tedy zejména pro vojenská. Většinou bývá vybaven přídavným spalováním. Jako palivo se používá kerosin. Dopravní letouny jsou vybaveny dvouproudovými motory. Raketové motory Raketový motor je typ tepelného motoru. Na rozdíl od většiny ostatních reaktivních motorů není závislý na atmosferickém kyslíku, a tak je schopen se pohybovat mimo atmosféru. Může být poháněn tuhými a kapalnými palivy. Obrázek 3.2 Schéma raketového motoru na kapalné palivo

Motor na tuhé palivo Motor poháněný tuhými palivy má jednodušší konstrukci než motor na kapalná paliva. Je tvořen spalovací komorou a hnací tryskou. Skoro celá spalovací komora je naplněna palivem nebo směsí paliva a okysličovadla, které postupně odhořívá. Tento typ je velice spolehlivý, protože nemá žádné pohyblivé části. Nemá možnost opakovaného zažehnutí a jeho výkon se dá regulovat jen velmi omezeně, proto se nejvíce používají pro neřízené i řízené střely a pomocné rakety, které např. zkracují vzlet letadel. Tohoto typu jsou i boční stupně amerického raketoplánu. Motor na kapalné palivo Motor na kapalné palivo je výkonnější, účinnější, ale také složitější. Je obvykle napájen ze dvou nádrží. V první nádrži je umístěno palivo a ve druhé okysličovadlo. Palivo je s okysličovadlem do spalovací komory vháněno, buď pomocí čerpadel, nebo pouze tlakem interního plynu. Čerpadlo může být poháněno například parní turbínou, pro kterou se pára vyrábí rozkladem peroxidem vodíku a manganistanu draselného. U motoru na kapalné palivo je výstupní tryska vysoce tepelně namáhána, a proto je vyložena např. grafitem. Komora motoru i tryska bývají také často chlazeny vstupujícím palivem. Tyto motory se používají pro pokusná letadla a veliké rakety o hmotnosti několika tun. Existují také hybridní raketové motory, které oba principy kombinují. Příkladem může být motor z pokusného letounu SpaceShipOne, který má komoru vyplněnou tuhou hořlavinou a kapalné okysličovadlo je dodáváno z oddělené nádrže.

106

3.1.2 Kosmonautika Začátek kosmické éry lidstva se datuje na 4. října 1957, kdy byla vypuštěna první družice světa, sovětský Sputnik. Obrázek 3.3 První umělá družice Sputnik

Prvním člověkem ve vesmíru byl sovětský kosmonaut Jurij Gagarin v lodi Vostok. První američan an oběžné dráze Země, John Glenn, 20. února 1962 v lodi Mercury Friendship-7 obletěl třikrát Zemi. 16. června 1963 se v lodi Vostok-6 do vesmíru vydala první žena, sovětská dělnice Valentina Těreškovová. 18. března 1965 vystoupil jako první člověk ve skafandru do otevřeného kosmického prostoru sovětský kosmonaut Alexej Leonov. 21. prosince 1968 startuje loď Apollo 8 s tříčlennou posádkou (Frank Borman, James Lovell a William Anders), která desetkrát obletěla Měsíc. 20. července 1969 začala mise Apollo 11, na jejímž konci bylo první přistání lidí na Měsíci. Zatímco Neil Armstrong a Edwin Aldrin přistáli na lunárním povrchu, z oběžné dráhy je zajišťoval Michael Collins. 3. března 1972 odstartovala sonda Pioneer-10, první automat určený k opuštění sluneční soustavy. Na své palubě nese poselství jiným civilizacím. 31. května 1975 byla založena Obrázek 3.4 Orbitální stanice ISS Evropská kosmická agentura (European Space Agency, ESA). Prvním československým kosmonautem se stal Vladimír Remek v sovětské lodi Sojuz-28, byl zároveň prvním nesovětským či neamerickým občanem na oběžné dráze. 12. dubna 1981 byl uskutečněn první let amerického kosmického raketoplánu Columbia. 24. dubna 1990 vynesl do vesmíru americký raketoplán Discovery Hubbleův kosmický teleskop. 20. listopadu 1998 do vesmíru odstartoval první modul Mezinárodní kosmické stanice ISS. Leden 2004 přistála na Marsu dvojice robotů Spirit a Opportunity. 14. ledna 2005 přistál na Saturnově měsíci Titan evropský výsadkový modul Huygens. 21. října 2011 byly vypuštěny první dvě operační družice globálního navigačního družicového systému GALILEO. Kosmický let Při kosmickém letu je dosaženo kosmického prostoru, tedy výšky nejméně 110 až 140 km nad zemí. Pokud je této výšky dosaženo pouze po balistické dráze, hovoříme o tzv. suborbitálním letu. Proto, aby bylo možno vypustit těleso na oběžnou dráhu kolem Země, je nutno vyvinout značnou rychlost 107

1. kosmickou (7,6 km/s), v případě překonání zemského gravitačního pole 2. kosmickou (11,2 km/s tzv. úniková rychlost) a pro lety k vnějším planetám sluneční soustavy a do vzdáleného vesmíru 3. kosmickou rychlost. Pro tyto lety je nezbytná raketová technika s dostatečně silnými motory a robustními nádržemi. Umělé kosmické těleso Umělé kosmické těleso je objekt, vytvořený člověkem, který se pohybuje vesmírem. Z hlediska funkce je rozdělujeme obvykle na:  

funkční kosmická tělesa, mezi něž patří umělé družice, kosmické sondy, kosmické lodě a kosmické stanice, nefunkční kosmická tělesa, především od funkčních těles oddělené poslední stupně nosných raket a další již nepotřebné části či úlomky vzniklé rozpadem nebo explozí umělých kosmických těles, obvykle souhrnně označované jako kosmické smetí.

Kosmický raketoplán Kosmický raketoplán je dopravní prostředek určený k dopravě na orbitální dráhu kolem Země. Na oběžnou dráhu by mohl být vynášen vlastními raketovými motory (toto „čisté“ řešení nebylo doposud realizováno), případně posílenými pomocnými raketovými motory, neboť jeho stavební součástí je nosný raketový systém (nosná raketa). V kosmickém prostoru se pohybuje jako kterákoli jiná kosmická loď. 3.1.3 Moderní chemický průmysl Chemie a chemické látky zasahují do přípravy většiny důležitých produktů, počínaje tak životně důležitými látkami jako je voda pitná, užitková, průmyslová, a ošetření vody odpadní, někdy chemicky ošetřujeme i ovzduší. V přípravě potravin najdeme chemické procesy už při výrobě cukru a škrobu, ale také v kvasných a jiných biotechnologiích, přípravě chuťových a vonných látek, zpracování mléka, tuků, výrobě detergentů, při úpravách a konzervování masa a zeleniny. Významnou třídu velice komplikovaných avšak většinou malotonážních chemických procesů potkáme ve farmacii při výrobě léčiv, tonizujících látek, drog a kosmetiky. Ušlechtilá tuhá, kapalná i plynná paliva včetně pohonných hmot, maziv a aditiv prošla složitým chemickým zpracováním, náročným chemickým procesem se získávají jaderná paliva. Chemickými zásahy je možno usnadnit i produkci a užitnou hodnotu stavebních hmot (maltoviny, cihly a keramika, sklo, tmely, konstrukční plasty). Typicky chemickými provozy jsou výroba buničiny a papíru a také výroba plastů, syntetických vláken, pryže, tmelů a lepidel. Rozsáhlý je průmysl barviv, pigmentů a pojiv nátěrových hmot. Textilnímu průmyslu pomáhá chemie výrobou a ošetřením vláken, a tkanin, tradiční aplikace je v koželužství. V zemědělství lze připomenout hnojiva, regulátory růstu, přísady krmiv a pesticidy – prostředky proti škůdcům (herbicidy, fungicidy, insekticidy, rodenticidy). Rozsáhlý je i průmysl výbušnin, střelivin, trhavin a třaskavin jak pro vojenské tak pro civilní účely. Metalurgie kovů (železných, neželezných i speciálních materiálů pro elektroniku) sestává také z řady chemických technologií od těžby až po koncovou úpravu materiálů. Té části chemických výrob, které produkují (obvykle v menším objemu) koncové výrobky, říkáme též kvalifikovaná chemie. Kvalifikovaná chemie spotřebovává (ve velkých objemech) řady činidel, o které maloobchodní trh nemívá většinou přímý zájem. Jejich výrobu označujeme jako základní nebo těžká chemie. Mezi chemickými činidly se vyskytuje poměrně malý počet anorganických látek, které svou reaktivitou uvádějí do chodu chemické procesy, a především proto se je snažíme získat v čisté a koncentrované 108

podobě z dostupných surovin. Postup získávání obvykle nebývá jednostupňový, nýbrž spočívá v řadě fyzikálních a chemických operací, kterým souborně říkáme výrobní technologie. Klíčové anorganické látky jsou většinou silnými zásadami (soda, hydroxid sodný, hydroxid vápenatý), silnými kyselinami (chlorovodíková), případně i s oxidačním účinkem (dusičná, sírová), oxidačními činidly (chlor, kyslík, chlornan, chlorečnan, manganistan), redukčními činidly (vodík, uhlík, oxid uhelnatý, sodík, fosfor, siřičitany) a dále chemicky čisté látky, obsahující ostatní prvky v reaktivní formě. Přestože potrubní i cisternová přeprava chemických komodit je dosti živá, je spíše běžné, že chemické závody si tyto látky připravují přímo na místě spotřeby. Většina obyvatel se proto v životě nesetká například s kyselinou dusičnou nebo sírovou, hydroxidem sodným, vodíkem či chlorem. Při tom jsou to látky, které se někde vyrábějí a spotřebovávají v množstvích řádově 50 kg na obyvatele a rok. Přestože celková produkce konečných chemických výrobků se setrvale zvyšuje asi o 5% ročně, v duchu doby, jejímž heslem je snižování spotřeby energie a surovin i lidské práce, můžeme pozorovat v posledních letech slabý pokles výroby základních chemických látek při výrazném snižování počtu zaměstnanců a zvyšování jejich kvalifikace. 3.1.4 Technologie úpravy vody Sloučenina H2O se na Zemi se vyskytuje tak běžně, že se používá zásadně její triviální název voda a nikoliv chemický název oxid vodný případně oxan. V přírodě se prakticky nevyskytuje chemicky čistá voda. Je doprovázena řadou příměsí. Jsou to rozpuštěné polární i nepolární látky (plyny, soli, organické sloučeniny) a suspendované makroskopické a koloidní částice, ať už jsou to příměsi přirozené, nebo vzniklé hospodářskou činností člověka. Částicemi mohou být plyny (bublinky, pěny), nemísitelné kapaliny (kapičky emulze, mastnota) nebo pevné látky (krystaly, sraženiny, mikroorganizmy a hrubé částice nejrůznějších materiálů). Podle účelu použití je zapotřebí vodu upravit, což znamená především zbavit ji některých příměsí. Technologie se výrazně odlišují podle nároků na kvalitu vody:     

deionizovaná voda pitná voda užitková voda voda pro hrubé práce odpadní voda

Deionizovaná voda Je to nejčistší voda, zbavená všech příměsí, je požadovaná pro výrobu páry, zejména v energetice. Při použití běžné vody dochází při ohřevu ke srážení „vodního kamene“, který výrazně zhoršuje přenos tepla v zařízení. Proto se parní systémy většinou koncipují jako uzavřené cykly, v nichž na jedné straně se pára v parním kotli vyvíjí, na druhé straně po využití jejího tepla a energie se pára kondensuje a vrací jako kapalný kondensát (destilovaná voda) zpět. Pro doplňování soustavy se voda zbavuje rozpuštěných solí nejprve srážením a poslední zbytky se odstraní buďto pomocí iontoměničů (ionexů) nebo membránovou reverzní osmózou. Ionexy jsou uspořádány jako pevné částice ve sloupci (koloně), kterou protéká upravovaná látka – katex zachycuje kationty a uvolňuje odpovídající množství vodíkových protonů, anex zachycuje anionty výměnou za hydroxyl. Reverzní osmóza probíhá na speciálních membránách, které propouštějí z tlakového prostoru do nízkotlakého vodu avšak nepropouštějí nežádoucí ionty. Tímto způsobem se dnes získává i 109

deionizovaná voda (nepřesně stále nazývaná destilovaná voda) pro použití v našich laboratořích (na rozdíl od dříve užívané, energeticky náročné destilace vody). Kvalita deionizace se dá indikovat měřením elektrické vodivosti, která na přítomnosti iontů silně závisí. Pro napájení parních kotlů je důležité zbavit vodu i rozpuštěného vzduchu, zejména kyslíku; tím se podstatně sníží riziko koroze zařízení. Rozpuštěný plyn se odstraní snížením tlaku a poslední zbytky kyslíku se likvidují chemickou redukcí (například siřičitanem). Vakuem se také odstraní případně přítomný CO2 nebo NH3. Pitná voda Chemicky čistá voda není vhodná pro trvalé pití. Její trvalejší použití způsobuje "otravu" díky nedostatku některých stopových prvků a jejich vyluhování z těla. Rovnováha tělesných tekutin zdravého organizmu je nastavena na používání typické pramenité vody a přiměřeného solení stravy. Ještě v 19. století lety většina obyvatelstva brala vodu z povrchových zdrojů, studny se hloubily hlavně tam, kde potoční voda nebyla k dispozici. Města měla později rozvod říční vody do veřejných kašen. Pak se začaly stavět kryté vodojemy, do nichž se sbírala pramenitá voda, která se obvykle samospádem dopravovala potrubím ke spotřebiteli. V roce 1950 bylo v chudších městských domech časté zavedení jediného vodovodního kohoutku na chodbě na patro. Počítalo se se spotřebou vody asi 30 litrů na osobu a den. Dnes, s tekoucí vodou jako se samozřejmostí, s podstatně vyššími nároky na osobní hygienu, s automatickými pračkami a splachovacími záchody je to až 200 litrů pitné vody na osobu a den. Další spotřeba městské pitné vody připadá i na nemocnice, obchody, restaurace, sportoviště, úřady, školy a další instituce. V určitém měřítku pitnou vodu používají maloodběratelé i na kropení zahrad a na technické účely. Zdrojem pitné vody jsou v menších obcích je podzemní voda z pramenišť a ze studní. Větší vodovodní sítě berou vodu z vodních nádrží a vodotečí, pokud možno z oblastí, nezasažených nevhodnou průmyslovou a zemědělskou činností. Ostravsko sbírá beskydskou vodu na přehradách Šance, Morávka a jesenickou na Slezské Hartě a Kružberku. Na pitnou vodu lze upravit i vodu ze zdrojů odpor vzbuzujících. Praha například bere část vody přímo z Vltavy. Složitou technologií lze recyklovat i prakticky všechnu vodu (včetně moči) na kosmických stanicích. Větší spotřebitelé pitné vody, jako potravinářské závody, často mají své vlastní zdroje, nezávislé na obecních vodovodech. Na kvalitě používané vody třeba výrazně závisí chuť piva. Velkoodběratelé musejí však za odběr vody z přírody odvádět daň. V některých oblastech světa je voda vzácná a je považována za strategickou surovinu. (Zemědělská výroba potravin pro 1 osobu potřebuje asi 1000 m3 vody ročně; v našich krajinách to je asi třetina vody, kterou přinesou srážky.) Přijatelné složení pitné vody a způsoby jeho testování jsou vymezeny prakticky na celém světě normami. Pitná voda by neměla být zakalená, zbarvená a nesmí obsahovat žádné patogenní mikroorganizmy. Další sledované látky můžeme rozdělit do několika tříd:  

stopové látky ve větších dávkách škodlivé (např. těžké kovy, kyanidy, fluoridy), látky, způsobující ve větších dávkách pachuť vody (např. sloučeniny Fe, Mn, Cu, Zn, NH3,

fenoly, ropné látky), 

látky, zdravotně nezávadné, způsobující však tvrdost vody a tvorbu usazenin (optimální

110

obsah Ca2+ a Mg2+ je 1.5-2.5 mol m-3),  

látky, nevhodné pro kojence (dusičnany), látky poměrně neškodné, indikující však pravděpodobné fekální znečištění vody (amonné

soli, dusitany, některé typy bakterií). Užitková voda Pro účely mytí, praní apod. není na vodu kladen tak přísný nárok jako na pitnou vodu. Voda si musí zachovávat biologickou nezávadnost, na některé stopové příměsi nemusí být kladena tak přísná měřítka. Například v bazénech koupališť se užívá větších dávek prostředků pro desinfekci a pro potlačení růstu řas. Z praktických důvodů je jako užitková voda často výhodnější voda měkká nebo změkčená např. vysrážením vápenatých a hořečnatých solí přídavkem sody nebo fosforečnanu a jistý účinek má snad i působení magnetizmu. Změkčená voda nezanáší vodovodní potrubí a teplosměnné plochy ohřívačů. Voda z teplého kohoutku domovních rozvodů se kategorizuje jako teplá užitková voda a doporučuje se neužívat ji k přípravě jídla. Moderním trendem je zavádění rozvodu filtrované dešťové vody, sbírané do podzemních zásobníků u rodinných domků. Jejím užitím pro praní, splachování a méně náročné mytí (např. podlahy) se dá v našich klimatických podmínkách ušetřit asi polovina spotřeby pitné vody, nehledě k úspoře změkčovadel a pracích prostředků. V průmyslu se užitková voda používá především k chlazení. Je-li k dispozici větší řeka, stačí často chladící vodu brát odtud a zpět ji oteplenou vracet. Není však dovoleno výrazně zvýšit teplotu řeky. Velcí spotřebitelé chladící vody musejí budovat cirkulační okruhy s ochlazováním kapaliny profukovaným vzduchem. Vzduch buďto proudí kolem stékající vody sám komínovým efektem ve vysokých chladicích věžích nebo je hnán ventilátory v poněkud menších aparátech. Při úpravě je vodu třeba zbavit hrubých nečistot, případně i změkčit, aby nedocházelo k zanášení chladícího zařízení. Pokud je teplá voda v okruhu také ve styku se světlem a vzduchem, je v ní též nebezpečí růstu zelených řas a dalších organizmů, což je nutno potlačit vhodným herbicidem - zpravidla chlorem nebo chlornanem sodným. Voda cirkulující topnými soustavami (dálkové teplovody, ústřední topení) je v jisté chemické rovnováze s potrubím. Při doplňování by se co možno neměla obohacovat ionty ani kyslíkem. Čištění odpadní vody Znečištění vody se charakterizuje hodnotou BSK5 (biologická spotřeba kyslíku), což je množství kyslíku v gramech na krychlový metr, který zde spotřebují mikroorganizmy za 5 dní. Je-li znečištění malé, stačí se ve vodotečích kyslík doplňovat a samočištění proběhne na asi kilometrovém úseku. Když v běžné vodoteči je voda klasifikována stupněm "nečistý", což znamená, že BSK5 překračuje hodnotu 7 (g m-3), poklesne zpravidla obsah kyslíku pod polovinu běžného stavu (pod 5 g m-3). V takovém případě si aerobní mikroorganizmy konkurují v boji o kyslík tak, že strádají a ztrácejí výkonnost. Vznikají tak silně znečištěné mrtvé toky, kde samočištění je málo účinné. Městské splaškové vody mají zpravidla BSK5 okolo 200 a jejich přímé vypouštění do vodoteče potřebuje vysoký průtok v řece, aby se v ní udržela dostatečná koncentrace kyslíku, potřebná k samočištění. I větší města jako Hradec Králové, Pardubice, Plzeň ještě před rokem 1990 problém odpadních vod takto řešila. Přímořská města vypouštějí odpadní vodu do moře v dostatečné vzdálenosti od břehu, takže vzhledem k ohromnému naředění většinou nedochází k pozorovatelné újmě na životním prostředí. 111

3.1.4.1.1 Čištění městských odpadních vod Čistírny městských odpadních vod napodobují proces samočištění a vhodným způsobem zvyšují jeho účinnost. Podle složitosti technologie je můžeme rozdělit do tří kategorií:   

nejjednodušší čistírny podporují pouze aerobní procesy (primární čištění), složitější čistírny podporují i anaerobní procesy (sekundární čištění), speciální čistírny snižují i obsah rozpuštěných anorganických solí (terciární čištění).

Tradičně byly čistírny odpadních vod doménou stavebních inženýrů. Typickým znakem byly vyhnívací nádrže s otevřenou hladinou, zabírající velké území a obtěžující okolí zápachem. Nověji se na technologiích podílejí chemičtí inženýři a bioinženýři takže moderní čistírny bývají kompaktnější a mnoho procesů probíhá v uzavřených nádobách. Předběžná úprava Voda přitékající na čistírnu se nejprve zbavuje hrubých unášených nečistot na česlech (šikmé mříže). Těžké částice písku a štěrku, které se dostávají do kanalizace ponejvíce z komunikací s dešťovou vodou, se oddělí usazením. Z hladiny se sbírají případné ropné látky a jiná mastnota. Hrubé nečistoty nepředstavují velký objem a odvážejí se na skládky. Na přítok do čistírny je užitečné zařadit vyrovnávací nádrž, která by měla vyhladit nerovnoměrnosti rychlosti přítoku a kvality vody, které v průběhu dne nastávají. Aerobní proces Primární čištění je součástí všech čistíren splaškových vod. Kyslík se dodává do vody u méně intenzivních soustav z povrchu. Nejjednodušší formu může mít tzv. biologický filtr, což je zhruba řečeno hromada kamení, po které se nechá stékat odpadní voda. Tím se napodobuje děj v horské bystřině. Větší intenzity dodávání kyslíku se dosáhne mechanickým čeřením hladiny. V jednoduchých případech sbírají kyslík z okolí mokré rotující kotouče nebo kartáče, zčásti ponořené pod hladinu. Ještě intenzivnější aktivace - dodávání kyslíku se dá dosáhnout povrchovou aerací míchadlem, umístěným tak, aby vytvářelo v kapalině vír, strhávalo do vody bubliny vzduchu a rozstřikovalo nad hladinu kapky. Nejúčinnějším způsobem dodávání kyslíku je probublávání vody plynem, vypouštěným u dna aktivační nádrže obvykle z otvorů soustavy děrovaných trubek. Cena za tuto intenzitu je placena potřebou provozovat poměrně nákladné a energeticky náročné zdroje tlakového vzduchu – turbodmychadla nebo kompresory. V některých lokalitách, kde narůstá množství odpadní vody nad kapacitu stávající (Čistírny Odpadních Vod – ČOV) se dokonce dodává čistý kyslík, pokud by rozšíření plochy ČOV nebo její přemístění bylo nákladnější. U správně vedeného procesu stačí zhruba půl hodiny setrvání vody v aktivační nádrži ke kompletnímu zachycení všech nečistot do aktivovaného kalu množících se mikroorganizmů. V této etapě není okolí zatěžováno zápachem; plynným produktem je převážně CO2. Tekutý zbytek se pak ponechá usazovat v dosazovací nádrži, odkud odtéká čirá vyčištěná voda, kterou je možno odvádět do vodotečí. Některé čistírny nověji přecházejí místo usazování na dělení filtrací, což je technicky náročnější, avšak vyžaduje to menší prostor, než zabírají usazováky. U dna se shromažďuje zahuštěný kal. Zahuštěný kal obsahuje velmi životaschopné a "hladové" aerobní organizmy. Aerobní organizmy oživeného kalu jsou poměrně dobře přizpůsobeny na různé zdroje výživy. Jen zřídkakdy se stane, že by se jejich kmen nějakou otravou zničil. Větším rizikem jsou povodně, neboť čistírny jsou většinou budovány v nízkých polohách a po odplavení je nutno kal znovu napěstovat. Ze

112

zahuštěného kalu se část jako oživený kal vrací na začátek procesu a míchá se s odpadní vodou přitékající do aktivace, avšak poměrně objemný přebytečný kal zůstává problémem. Nejjednodušším řešením je jeho vyhnití a mineralizace, podobně jako to probíhá v přírodě. Klasická řešení jsou kalová pole, kde se nechá kal vyhnít a vyschnout. Vyhnilý kal zaujímá jen zlomek objemu kalu přebytečného. Není v zásadě zdravotně rizikový ale jeho použitelnost jako kvalitního kompostu je podmíněna tím, zda není třeba kontaminován těžkými kovy, jejichž sloučeniny z nějaké příčiny unikly do kanalizace. Anaerobní proces Na rozdíl od rychlého aerobního procesu, jehož trvání se měří v minutách a hodinách, trvání anaerobního procesu vyhnívání se měří v týdnech až měsících. Větší moderní čistírny tedy zařazují i část technologie, ve které je vyhnívání podporováno a řízeno. Anaerobní proces se tedy nechá probíhat zpravidla v uzavřených nádobách, ve kterých se udržuje vyšší teplota (až 40°C). Anaerobní organizmy berou energii z produkce CO2 avšak kyslík na oxidaci musejí brát z jiných sloučenin, které se redukují. Vzniká bioplyn obsahující i CH4, NH3 a H2S (poslední dvě složky způsobují jeho nepříjemný zápach). Hořlavý bioplyn se používá k otopu vyhnívacích nádob. Městské vody neobsahují tolik organických látek, aby jej vznikal přebytek. Využitelný přebytek bioplynu se dá ale získat z vysoce znečištěných odpadních vod z živočišné výroby nebo z některých potravinářských závodů. Vyhnilý mineralizovaný kal z anaerobního procesu se většinou odděluje od vody filtrací. Oddělená kalová voda s produkty redukčních procesů není příliš čistá, a proto se vrací zpět do aerobního procesu. Voda, obsahující větší podíly organického znečištění než je běžné u městských splaškových vod (např. ze zemědělské nebo potravinářské velkovýroby), se zpravidla dávkuje přímo do anaerobního stupně. Speciální procesy Voda, odcházející z dosazovací nádrže do vodoteče, obsahuje zpravidla více dusičnanových a fosforečnanových iontů, než je v přírodě běžné. To má za následek hnojení vody a následné nadměrné bujení zelených organizmů (eutrofizace). Organizmy odumřelé v běžném životním cyklu podléhají hnilobným procesům a znovu znečišťují vodu. Velmi nepříjemné jsou v našich eutrofizovaných vodách v letních měsících například sinice, které odčerpávají kyslík rybám a u lidí vyvolávají exémy. V čistírenských technologiích se vyvíjejí proto speciální procesy, které by mohly nežádoucí ionty odstranit. Důležitá je ale především prevence, snížit kontaminaci odpadní vody, například používáním bezfosfátových detergentů. 3.1.4.1.2 Průmyslové odpadní vody Na rozdíl od městských odpadních vod, jejichž složení je poměrně stálé a známé, průmyslové vody mohou obsahovat nejrozmanitější znečištění. Jen některé složky se dají zpracovávat stejným biologickým čištěním jako vody městské. Ochrana vody a ovzduší představuje v procesních technologiích asi 10-25% nákladů, v papírnách je to až 40%. Základním principem je zabránit únikům chemických látek do odpadních vod. Vždy je výhodné znečištěné vody selektivně zpracovávat hned za jednotlivými provozy – je pak zřejmo, o která znečištění jde a jak je zneškodňovat. Smísené odpady z celého závodu, majícího bohatý výrobní program, se zpracovávají podstatně nákladněji. V jednodušších případech stačí jen odloučit nepolární látky, upravovat pH odpadní vody a srážením snížit obsah rozpuštěných solí.

113

Odpadní vody z potravinářských a zemědělských výrob zpravidla mají jen vysoké znečištění biologicky odbouratelnými látkami. Pak je účelné vést proces u samotného závodu pouze jako anaerobní s produkcí bioplynu a zhruba vyčištěnou vodu odvést na běžnou čistírnu splaškových vod. Celulózka Biocel Paskov produkuje odpadní vody o konstantním složení a bez patogenních zárodků, takže se jejich organická hmota využívá k pěstování kvasinek, vhodných jako krmivo. 3.1.5 Polymery Polymery neboli plasty jsou přírodní nebo syntetické látky, v jejichž veliké molekule (makromolekule) se jako článek v řetězu mnohonásobně opakuje základní monomerní jednotka. Představují tedy chemickou stavebnici, která umožňuje neobyčejnou proměnlivost struktur i vlastností výsledných látek. Syntetické polymery vyvinuté v první polovině 20. století umožnily rozvoj plastikářského průmyslu, gumárenství, výroby syntetických vláken, průmyslu folií a obalů, průmyslu nátěrových hmot a kompozitních materiálů, které ovlivnily vývoj od letectví až po sportovní výzbroj. Tyto materiály a průmyslové oblasti jsou neodmyslitelně spojeny se světovým hospodářstvím konce 20. století. Informační technologie Plasty mohou být klasifikovány několika způsoby, ale nejčastěji se dělí podle použitého monomeru (tedy i chemického složení jejich polymerního řetězce). Mezi nejběžnější plasty z tohoto hlediska patří: 

      

vinylové plasty o polyethylen (PE) o polypropylen (PP) o polyvinylchlorid (PVC) o polystyren (PS) o polymethylmethakrylát (PMMA) polyamidy (Nylon) polyestery o polyethylentereftalát (PET) polyuretany fenoplasty aminoplasty polysiloxany (silikony) fluoroplasty (např. Teflon)

Prvním plastem vůbec byl parkesin čili umělá slonovina, chemicky nitrát celulózy, který vynalezl Angličan Alexander Parkes v roce 1855. Prvním plně syntetickým plastem byl bakelit – reaktoplast vznikající polykondenzací fenolu a formaldehydu (1909). Například polyethylen byl poprvé připraven Hansem von Peckmannem v roce 1891. Po první světové válce se začaly vyrábět první vinylové plasty (PVC, polystyren), v 30. letech minulého století byla objevena syntéza prvního polyamidu (Nylonu). V téže době také začíná prudký rozmach výzkumu i výroby většiny dalších plastů používaných vesměs dodnes. Do každodenního života vstoupily plasty (a výrobky z nich) masivně až po II. světové válce, coby levná náhrada klasických materiálů jako dřevo, sklo, ocel a jiné kovy, atp.

114

Technologie polymerů V technologii výroby polymerů rozeznáváme několik stupňů, často provozovaných nezávisle na různých místech:  





Chemická výroba monomerů a reakčních přípravků; Polymerace řetězením monomerních skupin; jde obvykle o získání dále tvarovatelného materiálu nebo jeho významné složky, která se distribuuje např. jako zrnitý materiál. Má nejčastěji formu granulátu, vzniklého nasekáním struny, vytvořené ztuhnutím taveniny polymeru, vystupujícího z reaktoru. U polymerů připravených v suspenzi nebo v emulzi to bývá prášek tvořený velmi malými ztuhlými kulovitými kapičkami. Zpracováním polymerů se zabývá průmysl, ve kterém už jde o dotvoření směsi a jednoduché chemické reakce avšak těžiště je převážně ve fyzikálních mechanických a tepelných operacích, do nichž vstupuje granulát (např. polyethylenu) nebo bloky (např. kaučuku). Hlavním smyslem je již jen konečné tvarování polymerních výrobků. Reaktivní zpracování polymerů spojuje vlastně do jisté míry kroky 2 a 3, protože vytváří konečný polymer z monomeru nebo živého předpolymeru až v požadovaném tvaru. Klasické termosety - pryskyřice (fenolformaldehydové – „bakelit“) se vytvrzovaly zahřátím, pryžové výrobky (pneumatiky) se z elastoplastického stavu dostanou do definitivní formy vulkanizací – zesíťováním lineárních a rozvětvených řetězců. V poslední době jsou ve stavebnictví mimořádně oblíbené polyuretanové izolační pěny, které při reakci uvolňují plyny, čímž se rozepínají a vyplňují i méně přístupné prostory. Zpěněním se také vyrábějí automobilní sedačky a nábytkové čalounění.

3.1.6 Biotechnologie Biologický základ V biologickém světě probíhá řada chemických reakcí. Všechny organizmy především potřebují k životu energii. Tu berou z živin, složitějších látek, které jsou fototrofní organizmy (jejich hlavními představiteli jsou zelené rostliny) schopny syntetizovat především z H2O a CO2 pomocí fotosyntézy, k níž čerpají energii ze světelného záření. Všechny ostatní organizmy jsou chemotrofní a energii pro život získávají buďto ze zásobních látek odumřelých organizmů (organizmy saprofytické – sem patří i člověk) nebo ze žijících organizmů (parazitické). Pod pojem biotechnologie se dnes zařazuje nepřeberné množství rozmanitých procesů, využívají biologických procesů k přepracování chemických látek. Využívá se živých organizmů (nejčastěji mikroorganizmů), vybraných skupin buněk mnohobuněčných organizmů, nebo jen speciálních látek, separovaných z biologického materiálu (např. enzymů a jiných „biokatalyzátorů“). Dnes biotechnologie navazuje na rozsáhlý výzkum biologický, lékařský, potravinářský, zemědělský, farmaceutický a chemický. Některé postupy jsou omezeny zatím jen na laboratorní a klinickou praxi. Zde se budeme věnovat pouze velkokapacitním biotechnologickým výrobám, u nichž je klíčovým úkolem přepracování chemických látek. Průmyslové biotechnologie Průmyslová biotechnologie je založena převážně na procesech fermentace. Obecně fermentace zahrnuje všechny procesy látkové přeměny s použitím mikroorganizmů. Klasickou fermentací je kvašení – přeměna sacharidů na organické látky s vývinem CO2. Dnes k fermentacím řadíme 115

širší třídu submerzních procesů (probíhajících v kapalném nebo silně vlhkém substrátu). Ty ještě rozlišujeme na anaerobní (bez použití vzdušného kyslíku) mikrobní procesy, při kterých se přeměňují nejen sacharidy, ale případně i jiné organické látky. Dále aerobní mikrobní procesy, při kterých se navíc spotřebovává rozpuštěný kyslík, který se musí průběžně doplňovat. Cílem fermentací je dosáhnout alespoň jednoho ze tří výsledků biologické přeměny chemických látek: 





Získávání látek z metabolických produktů, uvolňovaných organizmy (extracelulární produkty). Sem patří tradiční procesy, užívané od nepaměti v potravinářském průmyslu. Jsou to kvasné procesy, jejichž produkty jsou líh, vína, pivo, ocet, tvaroh, sýry, jogurt, kefír, sojová omáčka a mnoho dalších. Do biochemických výrob dnes vstupují jako základní suroviny hlavně sacharidy (od glukózy až po celulózu) a speciálně kultivované mikroorganizmy z nich produkují poměrně selektivně např. další základní suroviny jako vyšší alkoholy, aldehydy, ketony, kyseliny. Velkou třídou produktů jsou léčiva, zejména antibiotika a mikrobiologickými procesy se získávají i další zajímavá léčiva, kosmetické suroviny, drogy, vonné látky i barviva. Přeměna nežádoucích látek na neškodné nebo užitečné produkty. Nejjednodušší organickou látku, methan, můžeme získat anaerobními (bez přístupu kyslíku) hnilobnými procesy jako součást bioplynu, přičemž vstupní surovinou může být směs různých organických odpadů. Aerobní zpracování (za přístupu kyslíku) může přeměnit uhlíkatou složku organických odpadů na oxid uhličitý. Oba zmíněné procesy jsme zmínili u zpracování odpadních vod a jsou také podstatou kompostování. Připomeňme, že organické látky jsou od snadno biologicky odbouratelných (jejich koncentraci vyjadřujeme zpravidla veličinou BSK5) až po prakticky neodbouratelné. Získávání biomasy jako suroviny pro další využití. Tradičním procesem je pěstování kvasnic. Mají vysokou nutriční hodnotu s obsahem bílkovin a pokud se pěstují na potravinářském substrátu, dají se potravinářsky využívat. Kvasnice se dají pěstovat i na odpadních organických látkách, v lepším případě jsou využitelné jako přísada krmiva pro dobytek (kvasnice z Biocelu Paskov). Buněčný materiál může obsahovat i velmi speciální stopové látky – intracelulární produkty, které se z něj dají posléze extrahovat. Extrakty z biologického materiálu se tradičně používaly jako léky, jedy, drogy a tonizující látky (např. káva, čaj), konzervační látky i barviva. Biotechnologie se zaměřují i na intenzivní pěstování a separaci těchto produktů. Některé mikroorganizmy mají schopnost zabudovávat ve větším množství do svých buněk látky stopově přítomné v přírodě. Toho je možno využít na jedné straně k těžbě surovin, na druhé straně k remediaci znečištěné půdy nebo vody. Biologické reakce Biologické reakce, zprostředkované buněčným mikroorganizmy jsou zásadně ovlivněny dobou života buněk a možnostmi jejich množení.



Fáze adaptace, doba prodlevy – lag time. Připravený substrát se očkuje biologickou kulturou. Očkovací látka - inokulum - může být pečlivě laboratorně připravená kultura (v mlékárenství acidofilní bakterie, jogurtové, kefírové kultury, při výrobě antibiotik vysoce specializované plísně, v kuchyni třeba sušené kvasnice atd). U mikroorganizmů méně citlivějších na prostředí a konkurenci postačí jen odebraná část produkční kultury z předchozích cyklů procesu v reaktoru (chlebový kvásek v pekárně, oživený kal v čistírně odpadních vod, půdní bakterie v kompostu apod.). 116



 

Fáze exponenciálního růstu. Mikroorganizmus, který se dostane do prostředí, vhodného pro jeho život (nejčastěji s dostatečným obsahem živin v kapalném nebo vlhkém substrátu při vhodné teplotě), začne zrychlovat svou látkovou výměnu a rozmnožovat se. (Známe to z použití kvasnic v kuchyni.) V této fázi živá hmota výrazně narůstá a produkce látkové přeměny je vysoká. Produkční perioda se dá sledovat kvantitativně, často je nejjednodušší sledovat rychlost vývinu CO2. Vhodnou teplotou bývá 30-40°C, u termofilních mikroorganizmů ještě poněkud výše. Vyšší teplota, zejména nad teplotou varu vody, mikroorganizmy a buňky obecně ničí. Stacionární fáze. V další části produkční periody se rychlost procesu ustaluje. Fáze úhynu. Pokud není přitom proces včas ukončen záměrně, začne se produkce po jisté době snižovat buďto vlivem spotřebování živin v substrátu, ale častěji vlivem zvyšování koncentrace metabolických procesů (např. u lihového kvašení stává alkohol nad 12% koncentrací pro kvasinky jedem) nebo vlivem rozkladných produktů odumřelých buněk (toxiny). Ve změněném životním prostředí se buňky adaptují a mění svůj metabolizmus a začínají produkovat jiné látky. Lihové kvašení v přítomnosti kyslíku může přejít na octové, což je u vína zpravidla nežádoucí. Výhodný je někdy případ aerobních bakterií, které při zastavení přísunu vzduchu jsou ochotny získávat kyslík třeba redukcí dusičnanů na dusík nebo síranů na síru, což je použitelné v technologii vody. Do obdobného cyklu je možno vstoupit i se specializovanými tkáňovými buňkami oddělenými z těl vyšších organizmů. Cílem zde bývá např. namnožit tyto buňky „in vitro“ – ve zkumavce; zatím tyto biotechnologie nevystupují z laboratorního měřítka. U živočišných buněk je to často pro získání materiálu pro urychlení hojení - např. pokožky po spáleninách. Dnes je vysoká pozornost vědecká, ale i etická a legislativní, věnována embryonálním kmenovým buňkám, které mají potenciál přeměnit se ve vhodném prostředí na kteroukoliv specializovanou buňku. Namnožit uměle rostlinné buňky je někdy snazší než pěstovat pomalu rostoucí plodiny a je tak možno ve větším produkovat stopové produkty – léčiva, drogy. Speciální kategorií biotechnologií je práce s enzymy což jsou vysoce selektivní biokatalyzátory. Protože enzymy jsou obvykle rozpustné, hledají se cesty, jak je ukotvit na nějaký nosič jako tzv. imobilizované enzymy. Vsádkové fermentace Vsádkové fermentace s cílem získat speciální produkty, se provozují zpravidla následujícím postupem:



 



Příprava substrátu, což je zpravidla voda s obsahem metabolizované látky (často glukóza, sacharóza nebo škroboviny) a s obsahem dalších živin (např. dusíkaté a fosforečné hnojivo, stopové prvky), Sterilizace substrátu a reaktoru s příslušenstvím, kde by mohly potenciálně existovat procesu nepřátelské mikroorganizmy. Většinou převařením a propláchnutím parou. Očkování. Inokulum, obsahující šlechtěné mikroorganizmy, se pěstuje v laboratořích a dá se po jistou dobu skladovat v chladicích boxech. Bezprostředně před použitím ve velkokapacitním fermentoru se zpravidla již násada ve vhodných podmínkách namnoží a oživí. Vnáší se potom do sterilního substrátu. Vlastní fermentace probíhá v bioreaktorech, které se zásadně liší podle typu oxidace. Anaerobní fermentace využívají kyslík, odebíraný z některé složky substrátu. Reakce jsou poměrně pomalé; typická doba anaerobní fermentace se měří v dnech až týdnech. Anaerobní 117

fermentory mají v podstatě charakter nádrže, někdy chráněné víkem proti vstupu kyslíku, jindy k ochraně stačí např. samotná vrstva pěny oxidu uhličitého, plovoucí na hladině (pivovarnictví). Aerobní fermentace se spotřebováváním kyslíku rozpuštěného v substrátu, jsou podstatně rychlejší (hodiny). Protože rozpustnost kyslíku ve vodě je velmi nízká, musí se doplňovat absorpcí z plynné fáze. Nejběžnější fermentory jsou probublávané nádoby promíchávané buďto jen cirkulací kapaliny vyvozenou sloupcem bublin nebo jsou opatřena míchadly, zpravidla rychloběžnými. Aby se ušetřilo na dmýchání vzduchu, používá se někdy i povrchová aerace rozstřikováním kapaliny do vzduchu nad hladinou účinkem u hladiny umístěného rotoru. Vzduch je možno také strhávat do čerpané kapaliny v soustavě, připomínající vodní vývěvu. V některých případech se provádí fermentace také v absorpčních kolonách. Problémem je, že jak proudění okolo míchadel, tak i okolo bublin je spojeno s mechanickým namáháním kapaliny, v němž se mohou poškozovat buňky mikroorganizmů, takže intenzivní větrání může být kontraproduktivní. Substrát také často obsahuje povrchově aktivní složky a je proto nutno používat odpěňovače. Bioreaktory bývají nákladné aparáty, vyráběné zpravidla z ušlechtilých materiálů a bohatě vybavené měřící a regulační technikou. 

Následné zpracování (sklizeň) je význačné tím, že jde někdy o produkty, vyskytující se jen ve stopových koncentracích. U intracelulárních produktů je nutno nejprve destruovat buněčné obaly. Následné zpracování řadou separačních kroků bývá zásadní pro cenu produktů. Od ethanolu, kterého je v substrátu okolo 12 % a který je jednou z nejlevnějších chemikálií (výrobní cena asi 10 Kč/kg), roste cena prakticky nepřímo úměrně koncentraci produktu. Jednou z prvních nepotravinářských průmyslových biotechnologií na světě (1930) byla výroba kyseliny citronové z melasy v Kaznějově a čeští bioinženýři patřili dlouho ke světovým průkopníkům. Kontinuální fermentace Kontinuální fermentace se používá spíše jen u méně náročných procesů, protože vždy existuje nebezpečí nežádoucí pozvolné mutace biologického kmene nebo kontaminace zevně. I v tak dokonale zvládnuté velkokapacitní technologii jakou je pivovarství, se převážně udržuje výroba vsádková. Typickým kontinuálním procesem je zato biologické čištění odpadních vod, které je založeno na použití robustních kmenů velmi univerzálně působících organizmů oživeného kalu.

3.1.7 Informační technologie 3.1.8 Počítače Počítač je v informatice elektronické zařízení a výpočetní technika, která zpracovává data pomocí předem vytvořeného programu. Současný počítač se skládá z hardware, které představuje fyzické části počítače (procesor, klávesnice, monitor atd.) a ze software (operační systém a programy). Počítač je zpravidla ovládán uživatelem, který poskytuje počítači data ke zpracování prostřednictvím jeho vstupních zařízení a počítač výsledky prezentuje pomocí výstupních zařízení Počítače již dnes zasahují téměř do všech lidských činností i do běžného života. Předpokládá se, že jejich vliv se bude nadále zvyšovat a budou lidem poskytovat komfortnější služby. Počítače jsou stále více propojovány pomocí počítačových sítí a využívají celosvětovou síť Internet. Počítačové sítě umožňují sdílení zdrojů (soubory, tiskárny), ale i vzájemnou komunikaci, která je dnes jedním z

118

hlavních moderních komunikačních nástrojů informační společnosti. Cloud computing tak nahrazuje stále více nezávislost osobních počítačů a centralizace zasahuje i do přístupu k informacím. Zvyšovaná počítačová bezpečnost a práva v tomto celosvětovém propojení povedou k růstu v tlaku na důvěryhodné počítače. To již vede k omezování práv uživatelů počítačů i mobilních zařízení. Počítače se skládají ze dvou základních druhů komponentů:  

software – programové vybavení počítače, tedy řada instrukcí, které jsou počítačem postupně provedeny hardware – technické vybavení počítače, tedy fyzické části (slangově železo) Neustálá miniaturizace a zvyšování výkonu „železa“ jde ruku v ruce s poznáním specifických vlastností polovodičových součástek a uměním kostruovat součástky na úrovni velikosti krystalů. Současný stav je tedy důsledkem dlouhodobého materiálového výzkumu.

3.1.9 Síť internet Internet jsou volně propojené počítačové sítě, které spojují jeho jednotlivé síťové uzly. Uzlem může být počítač, ale i specializované zařízení (například router). Každý počítač připojený k Internetu má v rámci rodiny protokolů TCP/IP svoji IP adresu. První vizi počítačové sítě nalezneme v povídce z roku 1946. V únoru 1958 byla založena agentura ARPA (později DARPA, v podstatě grantová agentura pro řešení krátkodobých projektů v malých týmech), která měla po úspěšném vypuštění Sputniku v SSSR zajistit v období studené války obnovení vedoucího technologického postavení USA. Dne 29. října 1969 byla zprovozněna síť ARPANET se 4 uzly, které představovaly univerzitní počítače v různých částech USA. Síť byla decentralizovaná, takže neměla žádné snadno zničitelné centrum a používala pro přenos dat přepojováním paketů (data putují v síti po malých samostatných částech, které jsou směrovány do cíle jednotlivými uzly sítě). Od té doby počet připojených počítačů i uživatelů exponenciálně roste. Způsoby připojení k Internetu Mezinárodní dálkové spoje dosahují v Internetu velmi vysokých přenosových rychlostí, avšak tyto vysokorychlostní spoje nedosahují až ke koncovým uživatelům, kteří jsou k Internetu připojeni prostřednictvím tzv. „poslední míle“. Samotné připojení uživatelů je realizováno různými technologiemi. Uživatelé se někdy spojují do skupin, aby Obrázek 3.5 Schéma znázornění ušetřili náklady nebo naopak dosáhli na dražší, ale rychlejší bezdrátových technologií připojení. Zprostředkovatele připojení k Internetu označujeme Internet service provider (ISP). V současnosti existuje několik možností pro připojení počítače k Internetu:  telefonní linka - využívá se modem, dříve se používalo vytáčené připojení, později ISDN a dnes různé varianty DSL, někdy je linka vyhrazena pouze pro datové přenosy.  kabelová přípojka  bezdrátová datová síť o satelitní síť o mobilní telefonní síť o Wi-Fi  pomocí elektrické rozvodné sítě 119

Sociální sítě Sociální sítě se stávají novým komunikačním kanálem. Pomocí sociálních sítí se prostřednictvím Internetu sdružují lidé, kteří by se jinak fyzicky nemohli setkat. V současné době prožívají sociální sítě rychlý rozvoj. Účel sociálních sítí se různí, některé slouží ke sdílení informací a k zábavě, jiné pomáhají hledat práci, případně sdružují etnika nebo umělce. Známé sociální sítě jsou například: Facebook, Google+, Twitter, LinkedIn, MySpace a mnoho dalších. Podobně jako u jiných věcí, existuje i možnost závislosti na Internetu. 3.1.10

Lokalizační technologie

Globální družicový polohový systém (anglicky Global Navigation Satellite System, zkratkou GNSS) je služba umožňující za pomoci družic autonomní prostorové určování polohy s celosvětovým pokrytím. Uživatelé této služby používají malé elektronické rádiové přijímače, které na základě signálů odeslaných z družic umožňují vypočítat jejich polohu s přesností na desítky až jednotky metrů. Přesnost ve speciálních nebo vědeckých aplikacích může být až několik centimetrů až milimetrů. V roce 2013 je plně funkční systém provozovaný armádou USA NAVSTAR GPS a Ruský systém GLONASS, uvedený do plného operačního stavu v roce 2012. Současně probíhá vývoj na evropském GNSS Galileo, čínském Compass, s jejich spuštěním se počítalo po roce 2012, ale dosud nejsou v plném provozu. Mimo GNSS existují i regionální autonomní družicové polohové systémy jako je existující čínský Beidou-1 a vyvíjený indický IRNSS a japonský QZSS. Rozlišujeme dvě generace GNSS: 



GNSS-1 Do první generace jsou zařazovány GPS a GLONASS s podpůrnými systémy SBAS, GBAS a LAAS. Tyto systémy byly prioritně vyvinuty pro vojenskou sféru a sekundárně zajišťují stálé globální pokrytí službou pro civilní sektor. GNSS-2 Do druhé generace se řadí vyvíjené GNSS jako GPS-III, Galileo, Compass. Zajišťují vysokou přesnost a spolehlivost pro aplikace Safety of Life plnohodnotné pro všechny uživatele.

3.1.11

Odpady

S rostoucí výrobou a velikostí populace nastává problém co dělat s materiálem, který už neslouží svému účelu a jak nakládat s nežádoucími produkty, které vznikají současně s produkcí jiných potřebných látek. Tyto problémy řeší tzv odpadové hospodářství. Odpady můžeme podle původu v zásadě rozdělit na dvě skupiny: odpady komunální a průmyslové odpady. Komunální odpad je směsný odpad vznikající při běžném životě lidí na území obce. Obvykle je centrálně sbírán a shromažďován ke skládkování. Průmyslový odpad je odpad vznikající při průmyslové výrobě. Průmyslového odpady bývá v porovnání s komunálním odpadem výrazně více. V podstatě existují dva přístupy jak se s průmyslovým odpadem vypořádat. První způsob je likvidace odpadů vznikajících při výrobě. Druhý způsob předpokládá ochotu provozovatele technologie k provedení někdy drobných úprav, které pak vedou k produkci jiných vedleších produktů, které mohou nalézt lepší využití. Celkový postoj k odpadůj je ale primárně řízen ekonomikou provozu, takže druhý postup se využívá jen zřídka.

120

S vyprodukovaným odpadem je třeba nějakým způsobem naložit. Od jednotlivých občanů a firem, kteří odpad ukládají do popelnic a kontejnerů, obvykle odpad vyvážejí popelářskými vozy obecní či městské komunální služby. Po jeho shromáždění se obvykle využije jedna z následujících možností:  





opětovné využití materiálové využití o recyklace o kompostování energetické využití o přímé spalování / zplyňování o výroba paliv uložení na skládce odpadů

Zvláštním způsobem se nakládá s některými nebezpečnými odpady, např. jaderným odpadem. Samostatnou kapitolu také tvoří tzv. nebezpečný odpad, jako jsou vybité baterie, staré léky, oleje, staré ledničky a další elektrospotřebiče. 3.1.12

Energetika

Alternativní zdroje energie Energie ze Slunce Největší potenciál, ve smyslu množství energie, které nám může poskytnout, má přímé využití slunečního záření k výrobě tepla nebo elektřiny. Je to asi jediný obnovitelný zdroj, který by v případě nutnosti dokázal dlouhodobě pokrýt veškerou současnou potřebu energie. Na Slunci probíhají termonukleární reakce. Těmito reakcemi se přeměňuje sluneční vodík (který obnovován není) na helium za uvolnění velkého množství energie. Ze Slunce je energie předávána na Zemi ve formě záření. Energetický příkon ze Slunce je ve vzdálenosti, v níž se nachází Země, přibližně 1300 W/m2. Tento výkon se označuje jako solární konstanta. V ČR dopadá za rok průměrně 1100 kWh/m2. Tato energie se využívá přímo, nebo přeměněná na jinou formu:  

  

Pokud se tato energie přeměňuje nějakým technickým zařízením (sluneční kolektor, fotovoltaický článek) přímo, mluvíme obvykle o sluneční energii. Pokud je tato energie předtím vázána v živých organismech (většinou ve formě sloučenin uhlíku - například ve dřevě, olejnatých rostlinách, obilí), mluvíme o bioenergii. Zdrojem bioenergie jsou biopaliva, která se podle skupenství dělí na biopaliva tuhá, kapalná a plynná. V některých oblastech může být extenzivní využívání biopaliv kontroverzní záležitostí. Pokud je tato energie vázána do potenciální energie vody (viz koloběh vody), mluvíme o vodní energii. Pokud se tato energie přemění na kinetickou energii vzdušných mas, mluvíme o větrné energii. Větrná energie může uvést do pohybu vodu na hladinách oceánů. Tuto energii nazýváme energií vln

121

Větrná energie Síla větru byla již dříve využívána například k pohánění větrných mlýnů. V současné době je větrná energie využívána hlavně pro výrobu elektřiny pomocí větrných elektráren. Podle velikosti vrtule a výrobní kapacity můžeme rozlišovat tři základní typy větrných elektráren: malé, střední a velké. Malými větrnými elektrárnami nazýváme taková zařízení, jež mají instalovanou kapacitu do 60 kW a průměr vrtule maximálně 16 m. Podtypem v této kategorii jsou tzv. mikrozdroje (s kapacitou do 2,5 kW a průměrem vrtule do 3 m), které jsou užívány zejména pro napájení baterií či domácích elektrospotřebičů. Malé větrné elektrárny od 2,5 do 10 kW slouží hlavně pro vytápění domů či ohřev vody. Rychlost větru můžeme změřit anemometrem. Ten je možné běžně zakoupit. Jeho cena se pohybuje kolem jednoho či dvou tisíc korun. Rozběhová rychlost větru u většiny malých větrných elektráren je kolem 3–3,5 m/s. K tomu, aby podaly slibovaný výkon, který by dokázal pokrýt alespoň částečně základní spotřebu elektřiny, je však potřeba vyšší rychlost větru. Zde pochopitelně hlavně záleží na konkrétních parametrech užívaného zařízení. Další druhy obnovitelných zdrojů Kinetická energie soustavy Země-Měsíc (přeměněná na energii přílivu). Mezi obnovitelné zdroje se obvykle zařazuje navíc i energie z nitra Země (geotermální energie). Jedná se o zbytkové teplo z doby, kdy se planeta formovala, a částečně o teplo vzniklé rozpadem radioaktivních prvků. V některých případech však není vyloučeno vyčerpání „ložisek“ geotermální energie. Neobnovitelné zdroje Neobnovitelné zdroje jsou zásoby, které se obnovují nulovou nebo zanedbatelnou rychlostí ve srovnání s rychlostí jejich čerpání. Jedná se zejména o materiály pro jaderné reakce a fosilizovanou biomasu, která je součástí geologických formací a je přeměněna v nerostné suroviny označované jako fosilní paliva (uhlí, ropa, zemní plyn, rašelina,…). Sluneční energie se v nich akumulovala mnohonásobně delší dobu, než mohou být současnou rychlostí vyčerpány. Fotovoltaika je metoda přímé přeměny slunečního záření na elektřinu (stejnosměrný proud) s využitím fotoelektrického jevu na velkoplošných polovodičových fotodiodách. Jednotlivé diody se nazývají fotovoltaické články a jsou obvykle spojovány do větších celků - fotovoltaických panelů. Samotné články jsou dvojího typu krystalické nebo tenkovrstvé. Krystalické články jsou vytvořeny na tenkých deskách polovodičového materiálu, tenkovrstvé články jsou přímo nanášeny na sklo nebo jinou podložku. V krystalických technologiích převažuje křemík, a to monokrystalický nebo multikrystalický, jiné materiály jsou používány pouze ve speciálních aplikacích.

Obrázek 3.6 Samostatný modul fotovoltaického panelu

Tenkovrstvých technologií je celá řada, například amorfní křemík a mikrokrystalický křemík, jejichž kombinace se nazývá tandem, dále telurid kadmia a CIGS sloučeniny. Díky rostoucímu zájmu o 122

obnovitelné zdroje energie a dotacím se výroba fotovoltaických panelů a systémů v poslední době značně zdokonalila. V současné době se vyvíjí takzvaná třetí generace fotovoltaiky. Nosnou myšlenkou této generace fotovoltaiky je zvýšení účinnosti za použití tenkovrstvých technologií, pokud možno při použití netoxických, hojně se vyskytujících materiálů. Zvýšení účinnosti lze dosáhnout obejitím Shockleyova-Queisserova limitu pro fotovoltaický článek s jedním polovodičovým přechodem použitím struktur s větším počtem P-N přechodů. Teoreticky byly navrženy i jiné principy, dosud se však nepodařilo je experimentálně ověřit. Shockleyův-Queisserův limit definuje maximální účinnost fotovoltaického článku s jedním P-N přechodem. Další možností, jak zvýšit účinnost fotovoltaického článku je modifikace spektra záření dopadajícího na P-N přechod konverzí vysokoenergetických fotonů nebo nízko-energetických fotonů na fotony o energii, která nejlépe odpovídá fyzikálním vlastnostem P-N přechodu. Tepelná čerpadla Tepelné čerpadlo je stroj, který čerpá teplo z jednoho místa na jiné vynaložením vnější práce. Obvykle je to z chladnějšího místa na teplejší. Princip tepelného čerpadla je základem řady strojů a zařízení: (chladnička a mraznička, klimatizace, některé druhy vytápění). Nejčastějším typem je kompresorové tepelné čerpadlo. Pracuje na principu obráceného Carnotova cyklu (pozn.: Přímý Carnotův cyklus se užívá u tepelných motorů.). Chladivo v plynném stavu je stlačeno kompresorem a poté vpuštěno do kondenzátoru. Zde odevzdá své skupenské teplo (kondenzační teplo). Zkondenzované chladivo projde expanzní tryskou do výparníku, kde skupenské teplo (výparné teplo) (při nižším tlaku a teplotě) přijme a odpaří se. Poté opět pokračuje do kompresoru a cyklus se opakuje. Jednou z charakteristik práce tepelného čerpadla je topný faktor. Tepelné čerpadlo země/voda Princip: teplo je ze země do vody předáváno obíhající nemrznoucí kapalinou o nízké teplotě varu. Ta v plynném stavu sbírá teplo v potrubí uloženém do vrtu nebo do kolektoru pod povrchem země. V okruhu je zařazen kompresor pro dosažení požadované vysoké teploty Cyklus: v plastové trubce, několik set metrů dlouhé (zemním kolektoru), teče velmi chladná nemrznoucí kapalina, která se průchodem zemí ohřívá (v nezamrzné hloubce je stálá teplota cca 4 °C). Odtud putuje do prvního výměníku, kde předá teplotu plynnému médiu v okruhu kompresoru, kde se plyn stlačí, tím se výrazně zahřeje a ve druhém výměníku předá topné vodě onen tepelný přírůstek. Tepelné čerpadlo vzduch/voda Teplo je odebíráno ze vzduchu přes výparník tepelného čerpadla, přes který proudí venkovní vzduch. Výhodou tohoto zařízení jsou nízké pořizovací náklady a nenáročná instalace. Základ vychází z tepelného čerpadla vzduch/vzduch tedy klasické klimatizace. Systém je doplněn o takzvaný Hydrobox, který převádí teplo do topné vody. Nevýhodou je závislost topného faktoru na teplotě vzduchu. V dnešní době tato zařízení efektivně pracují do -15 °C. Při nižších teplotách je v Hydroboxu instalován malý elektrokotel, který pomáhá tepelnému čerpadlu dosáhnout požadované teploty vody. Momentálně je tento způsob vytápění budov považován spolu s kondenzačními plynovými kotly za nejekonomičtější.

123

Tepelné čerpadlo voda/voda - získává teplo z vody, nejčastěji studny. Je potřeba mít dvě studny čerpací a vsakovací. Voda se převádí z jedné studny do druhé přes výparník. Tento způsob se u nás v podstatě nepoužívá vzhledem k jeho náročnosti na podmínky a údržbu. Může dojít k vyčerpání studny. Tepelné čerpadlo vzduch/vzduch - jako zdroj vytápění nutno brát s rezervou, tyto systémy jsou většinou konstruovány především jako klimatizace, která ale v zimě může pracovat obráceně, tedy jako tepelné čerpadlo. Hodí se zejména na přitápění v období jara a podzimu.

3.2 Nové nastupující technologie Nové nastupující technologie se od technologií tradičních liší především tím, že se zabývají zcela novou oblastí lidských činností a využívají k tomu nové nekonvenční postupy a vynálezy. Příklady nastupujících technologií jsou třeba vzdělávací technologie, informační technologie, nanotechnologie, biotechnologie, robotika, či umělá inteligence. Nové technologie vznikají typicky způsobem, při kterém se dvě nebo více tradičních technologií snaží řešit podobný problém. Technické inovace přinášené novými technologiemi jsou výsledkem progresivního vývoje, který primárně poskytuje konkurenční výhodu v dané oblasti působení nové technologie. Přestože nové technologie vznikají zejména interakcí tradičních technologií při řešení společného cíle, je míra uplatnění, role a ekonomická životaschopnost nových technologií různá. 3.2.1 Historie nových technologií V historii technologie představují nové technologie pokrok a vylepšení tradičních technologií. Proces objevování inovativních metod, nových technologických postupů se objevuje stále. Některé technologie vznikly na základě teoretického výzkumu a jiné jsou postaveny na základech komerčního vývoje úzce spojeného s výrobní praxí. Technologický vývoj zahrnuje jak postupný vývoj technologií, kdy dochází k mírnému vylepšení stávající technologie, tak technologie převratné, které vedou k nahrazení tradiční technologie. Příkladem převratné technologie byl vynález automobilu, který zcela potlačil dopravu koňskými povozy. Tyto změny pokračují stále a v současnosti se projevují stále více (CRT obrazovky → LCD obrazovky, magnetofonové kazety → CD → DVD → paměťové karty, atp.) 3.2.2 Akronymy Něteré nové technologie se označují akronymy (zkratkami), které velmi často reprezentují první písmena anglického názvu technologie. Zde je několik známých příkladů: navigace GPS – Global Positioning System (Globální polohový systém), LCD – Liquid Crystal Display (Obrazovka z kapalných krystalů), CPU – Central Processor Unit Centrální procesorová jednotka), apod. A také několik méně známých příkladů: NBIC – Nanotechnology, Biotechnology, Information technology a Cognitive science (Nanotechnologie, Biotechnologie, Informační technologie a poznávací vědy), GNR – Genetics, Nanotechnology a Robotics (Genetika, Nanotechnologie a Robotika), GRIN Genetic, Robotic, Information, a Nano processes (Genetika, Robotika, Informace a Nano procesy), GRAIN - Genetics, Robotics, Artificial Intelligence, a Nanotechnology (Genetika, Robotika, Umělá inteligence a Nanotechnologie), BANG - Bits, Atoms, Neurons, Genes (Bity, Atomy, Neurony, Geny).

124

3.2.3 Příklady Umělá Inteligence Umělá inteligence (AI) je inteligence představovaná stroji nebo programy a také obor počítačových věd, který vyvíjí stroje a programy s inteligencí podobnou lidské. Lídři oboru a učebnice umělé inteligence definují obor jako "studium a návrh inteligentních agentů", kde inteligentní agent je systém, který vnímá své životní prostředí a podniká akce, které maximalizují jeho šance na úspěch. John Mc Carthy, který roce 1955 zavedl termín umělá inteligence, ji definoval jako "vědu a techniku tvorby inteligentních strojů". Ústřední problémy (nebo cíle) výzkumu umělé inteligence zahrnují úvahy, znalosti, plánování, učení, zpracování přirozeného jazyka (komunikace), vnímání a schopnost se pohybovat a manipulovat s objekty. Obecná inteligence (nebo "silná AI") je stále mezi dlouhodobými cíli této oblasti. V současné době populární přístupy zahrnují hluboké učení, statistické metody, výpočetní inteligenci a tradiční symbolickou AI. Existuje obrovské množství nástrojů používaných v AI, včetně verzí hledání a matematické optimalizace, logiky, metody založené na pravděpodobnosti a ekonomice, a mnoho dalších. Nanotechnologie Nanotechnologie je manipulace hmoty na atomové, molekulární a supramolekulární úrovni. Zprvu rozšířený popis nanotechnologií odkazuje na zvláštní technologické cíle přesně skládat atomy a molekuly pro výrobu výrobků v makroměřítku, které se nyní označuje jako molekulární nanotechnologie. V současnosti se zažilo vymezení nanotechnologií jako manipulaci hmoty s alespoň jedním rozměrem v rozmezí od 1-100 nanometrů. Tato definice odráží skutečnost, že v tomto měřítku jsou důležité kvantově mechanické efekty. Proto se definice přesunula z určitého technologického cíle na výzkumnou kategorii zahrnující všechny typy výzkumu a technologií, které se zabývají zvláštními vlastnostmi látek, které se vyskytují pod danou prahovou hodnotu velikosti. Robotika Robotika je odvětví techniky, které se zabývá návrhem, konstrukcí, provozem a používáním robotů. Součástí robotiky jsou i počítačové systémy pro jejich kontrolu, senzorické hodnocení a zpracování informací. Tyto technologie pracují s automaty, které mohou nahradit člověka v nebezpečných situacích (vojenské průzkumné roboty) nebo ve výrobních procesech, kde je nutná přesná manipulace s objemnými nebo těžkými předměty. Někteří ze současných robotů se podobají lidem svým chováním a schopností učit se nové postupy a poznávat nové věci. Mnoho z dnešních robotů je inspirováno přírodou přispívá k oboru biorobotika. Terapie kmenovými buňkami Terapie kmenovými buňkami je invazivní terapie, při které se zavádí nové dospělé kmenové buňky do poškozené tkáně za účelem léčby onemocnění nebo zranění. Mnoho lékařských výzkumníků věří, že léčba kmenovými buňkami má potenciál změnit charakter lidských nemocí a zmírnit naše utrpení při jejich léčbě. Schopnost kmenových buněk vlastní regenerace a schopnost reprodukce další generace s variabilními vlastnostmi nabízí významný potenciál pro přípravu tkání, které mohou potenciálně nahradit nemocné a poškozené oblasti v těle, s minimálním rizikem jejich odmítnutí

125

3.2.4 Věda, Inženýrství a Technologie Rozdíl mezi vědou, inženýrstvím a technologií, není vždy jasný. Věda je odůvodněné vyšetřování nebo studium jevů, zaměřené na zjištění trvalých principů, mezi prvky podivuhodného světa tím, že využívá formální metody. Technologie obvykle nejsou výhradně produkty vědy, protože musí splňovat požadavky navíc, jako je prospěšnost, upotřebitelnost nebo bezpečnost. Inženýrství je proces navrhování a výroby nástrojů a systémů pro využívání přírodních jevů pro uspokojení lidských potřeb, často, ale ne vždy, využívající výsledky a postupy z oblasti vědy. K dosažení praktického výsledku může technologie čerpat z mnoha oblastí znalostí, včetně vědy, inženýrství, filozofie, jazykových a historických znalostí a dalších. Technologie je často důsledkem stavu vědy a techniky, i když technologii jako lidské činnosti, věda i technika předchází. Například, věda může studovat tok elektronů v elektrických vodičích, pomocí již existujících nástrojů a znalostí. Takto nově nalezené poznatky pak mohou být použity inženýry k vytvoření nových nástrojů a strojů, jako jsou například polovodiče, mikroprocesory, počítače nebo další formy pokročilé technologie. V tomto smyslu mohou být za technology považování jak vědci, tak i inženýři. Pro účely výzkumu je hranice mezi těmito ttřemi odvětvími (Věda Technologie a Inženýrství) velmi tenká a často se mezi nimi nerozlišuje. Ve fázi výzkumu jsou všechny tři profese nezastupitelné. 3.2.5 Kranzbergovy zákony Technologie Šest zákonů technologie Malvina Kranzberga:      

Technologie sama o sobě není ani dobrá, ani špatná; není ani neutrální. Vynález je matkou potřeby. Technologie přichází v balících, ve velkých a v malých. Přestože technologie může hrát primární roli v mnoha veřejných otázkách, netechnologické faktory jsou prioritní při rozhodování o technologické politice. Celá historie je důležitá, ale historie technologie je důležitější. Technologie je velmi lidská aktivita, a taková je i historie technologie.

126

SHRNUTÍ KAPITOLY

V předloženém textu je pojednáno o nejmodernějších materiálech a výrobních postupech, v současnosti představujících vrchol poznání. Kromě přehledu již běžných technologií jako kosmonautika, informační technologie, nové energetické zdroje je také hovořeno o nových dosud se stále rozvíjejících směrech, kam patří umělá inteligence, nanotechnologie, robotika, kmenové buňky a.j.

KONTROLNÍ OTÁZKA

1. co rozumíme pod pojmem informační technologie, nanotechnologie, umělá inteligence… 2. nové energetické zdroje

ŘEŠENÍ

Protože se jedná o vysoce specializované směry, je nutno ovládnout vysvětlení pojmů a principů, na nichž jsou tyto noviny založeny. Odpovědi přináší vlastní text kapitoly.

ÚKOLY K PROCVIČENÍ

1. uveďte typické oblasti, v nichž se programově uplatňuje výpočetní technika 2. v čem jsou přednosti a nevýhody nanotechnologií

127

4 ZÁVĚR Technologie ovlivnila a stále ovlivňuje společnost a její okolí v mnoha ohledech. V mnoha případech technologie pomohla s rozvojem ekonomiky, což způsobilo rozdělení lidské společnosti do tříd (pracující – nepracující, chudí – bohatí). Mnoho technologických procesů produkuje kromě produktů žádaných také vedlejší mnohdy nežádoucí produkty, které znečišťují životní prostředí a mohou poškozovat přírodní zdroje. Zavedení a provozování různých technologií ovlivňuje kvalitu společnosti a často vyvolává nové etické otázky. Například pojem „efektivita“ byl do jisté doby uvažován výhradně jen v kontextech práce strojů, v současnosti nikoho nepřekvapí jeho použití v kontextu s lidskou prací. Odpověď na otázku, zda nové technologie zlepšují nebo zhoršují životní podmínky člověka, leží spíše ve filozofické rovině s tím, že obě varianty mají mnoho zastánců i odpůrců. Moderní technologie jako takové, jsou postaveny na dlouhodobém vývoji lidského poznání. Bez technologií tradičních „nemoderních“ by velmi pravděpodobně žádné „moderní“ nevznikly. Technologie jsou pouze nástrojem k uspokojování lidských potřeb, bez ohledu na to, jaké tyto potřeby jsou. Z toho vyplývá, že jakákoli technologie ať tradiční, nebo moderní, nám může dopomoci uspokojit jakoukoli potřebu, ale nemůže nás zachránit! Zachránit se musíme sami!

128

Seznam zdrojů a použitá literatura 1. 2.

3. 4. 5. 6. 7. 8.

9.

10. 11. 12. 13. 14.

15. 16.

17. 18. 19.

20.

ADAMEC, Josef a Jindřich KOCÁB. Letadlové motory. Vyd. 2. Praha: Corona, 2008, 175 s., vii s. obr. příl. ISBN 978-80-86116-54-9. AGRICOLA, Georgius, Bohuslav JEŽEK a Josef HUMMEL. Jiřího Agricoly Dvanáct knih o hornictví a hutnictví. 1. české vyd. 3. tisíciletí. Ostrava: Montanex, 2001, 546 s. ISBN 80-7225-057-4. BAATZ, Willfried, Leo Fritz GRUBER a Hana KALABIŠKOVÁ. Fotografie. Vyd. 1. Brno: Computer Press, 2004, 192 s. ISBN 80-251-0210-6. BÁRTA, Rudolf. Sklářství a keramika. Vyd. 1. Praha: Průmyslové vydavatelství, 1952, 213 s. BASU, Prabir. Combustion and gasification in fluidized beds. Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, 2006, 473 s. ISBN 0-8493-3396-2. ČAPEK, Karel. R.U.R. Otakar Štorch-Marien. 1920, 92s. CROUCH, Tom (2004), Wings: A History of Aviation from Kites to the Space Age, New York: W. W. Norton & Co, ISBN 0-393-32620-9. DERRY, T.K., WILLIAMS, T.I. A SHORT HISTORY OF TECHNOLOGY: FROM THE EARLIES TIMES TO A.D. 1900. New York, Oxford University Press, 1961, 782 s. ISBN 0-486-27472-1. DUC, Gérard; PERROUX, Olivier; SCHIEDT, Hans-Ulrich; WALTER, François (Ed.). Transport and mobility history. Between modal competition and coordination (1918 in our days). Neuchâtel: Editions Alphil. 2014. ISBN 978-2-940489-54-1. Encyclopaedia Britannica: Britannica CD 98. FERENC, Bohumil. Spalovací motory: karburátory a vstřikování paliva. Vyd. 1. Praha: Computer Press, 2004, 388 s.: il. ISBN 80-251-0207-6. FÍK, Josef. Zemní plyn: tabulky, diagramy, rovnice, výpočty. 1. vyd. Praha: Agentura ČSTZ, 2006, 355 s. ISBN 80-86028-22-4. HÄBERLE, Heinz O a Jiří HANDLÍŘ. Průmyslová elektronika a informační technologie. Vyd. 1. Praha: Europa-Sobotáles cz., 2003, 719 s. ISBN 80-86706-04-4. HAYDEN, Brian (1992). "Models of Domestication". In Anne Birgitte Gebauer and T. Douglas Price. Transitions to Agriculture in Prehistory. Madison: Prehistory Press. pp. 11–18. HLOCH, Sergej. Struktura, vlastnosti, diagnostika a technologie textilií. Vyd. 1. Prešov: Vydavateľstvo Michala Vaška, 2006, 276 s. ISBN 80-8073-668-5. HOLUB, Luděk. Vývoj chemického průmyslu v Československu 1918-1990: historické studie. Vyd. 1. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická [Praha], 2000, 747 s., xix s. obr. příl. ISBN 80-7080-388-6. HOŠEK, Jan. Úvod do nanotechnologie. 1. vyd. V Praze: České vysoké učení technické, 2011 dotisk, 170 s. ISBN 978-80-01-04555-8. HÜBNER, Pavel. Úprava vody pro průmyslové účely. Vyd. 1. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2006, 132 s. ISBN 80-7080-624-9. IBLER Zbyněk st.,IBLER Zbyněk ml., KARTÁK Jan, MERTLOVÁ Jiřina: Technický průvodce energetika; nakladatelství BEN - technická literatura, 2002, ISBN 978-807300-026-4. KOČIČKA Pavel., BLAŽEK, Filip. Praktická typografie. Brno: Computer, 2004 - 288 s. ISBN 80-7226-385-4. 129

21.

22. 23. 24. 25.

26. 27. 28. 29. 30. 31. 32.

33.

34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42.

KRANZBERG, Michael. One Last World - Technology and History. In: S.H. Cutcliffe and R.C.Post, eds., In Context. History and the History of Technology. Bethlehem PA and London: Leigh University Press, and Association of University Presses. 1989. LANZA, Robert, ATALA, Anthony. Essentials of Stem Cell Biology 3rd ed. Academic Press, 2013, 712s. ISBN: 978-0124095038. MIŠÁK, Stanislav. Vybrané typy zdrojů elektrické energie. 1. vyd. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2010, 227 s. ISBN 978-80-248-2168-9. MOOS, Petr. Informační technologie. Vyd. 1. Praha: České vysoké učení technické, 1993, 200 s. ISBN 80-01-01048-1. MRÁZEK, Otakar. VÝVOJ PRŮMYSLU V ČESKÝCH ZEMÍCH A NA SLOVENSKU OD MANUFAKTURY DO ROKU 1918. Praha: Nakladatelství politické literatury, 1964. 490 s. MURTINGER, Karel, Jiří BERANOVSKÝ a Milan TOMEŠ. Fotovoltaika: elektrická energie ze slunce. 1. vyd. Praha: EkoWATT, 2009, 93 s. ISBN 978-80-87333-01-3. Ottův slovník naučný nové doby: dodatky k velikému Ottovu slovníku naučnému dílu čtvrtého. V Praze: Novina, 1936, 708 s. OVENDEN, Mark. Transit Maps of the World. New York, New York: Penguin Books. 2007. ISBN 978-0-14-311265-5. ŘASA, J., GABRIEL, V. Strojírenská technologie 3/1. Praha: Scientia 2005. REARDON, Arthur. Metallurgy for the Non-Metallurgist (2nd edition), ASM International, 2011. ISBN 978-1-61503-821-3. ROUBÍČEK, Václav a Jaroslav BUCHTELE. Uhlí: zdroje, procesy, užití. Ostrava: Montanex, 2002, 173 s. ISBN 80-7225-063-9. SIRŮČEK, Pavel. HOSPODÁŘSKÉ DĚJINY A EKONOMICKÉ TEORIE (VÝVOJ SOUČASNOST - VÝHLEDY). Slaný: Melandrium, 2007. 511 s. ISBN 978-80-86175-034. ŠKOPEK, Jan a Západočeská, UNIVERZITA, Parní turbína: tepelný a pevnostní výpočet. 1. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita, 2003, 107 s., [52] s. obr. příl. ISBN 807043-256-x. ŠKROBÁNEK, Emil. Automobilové motory. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1988, 408 s. ŠMOLÍK, Stanislav. Odborný naftařský slovník: (pracovní pomůcka pro zaměstnance MND pracující v zahraničí). Hodonín: Moravské naftové doly, 1990, 316 s. ŠOOŠ, Ľubomír. Odpady 1: environmentálne technológie. 1. vyd. V Bratislave: Slovenská technická univerzita, 2007, 162 s. ISBN 978-80-227-2627-6. SOUČEK, Ludvík. Jak se světlo naučilo kreslit. SNDK - Státní nakladatelství dětské knihy. 1963, 170s. SVOBODA L., MYŠKA M., VÁVRA R. STAVEBNÍ HMOTY. 2013. Online: http://people.fsv.cvut.cz/~svobodal/sh/. THE FOOD TIMELINE. Online (10.9.2014): http://www.foodtimeline.org/. TINTĚRA, Ladislav. Tepelná čerpadla. 1. vyd. Praha: Arch, 2003, 121 s. ISBN 8086165-61-2. TYLECOTE, R. F. A HISTORY OF METALLURGY. Maney Materials Science, 1992. ISBN 0-901462-88-8. UNIVERSUM – VŠEOBECNÁ ENCYKLOPEDIE, Euromedia group k. s. 2003. ISBN 80-242-1069-X 130

43. 44. 45.

VACEK J., SKALICKÝ J., VOSTRACKÝ Z., POTMĚŠIL J. SPOLEČNOST, VĚDA A TECHNOLOGIE. Skripta ZČU, Plzeň 1998. WISE, Edwin. Applied robotics. Indianapolis: Prompt Publications, c1999, xiv, 311 s. ISBN 0-7906-1184-8. ZELINKA, Ivan. Umělá inteligence: hrozba nebo naděje?. 1. vyd. Praha: BEN technická literatura, 2003, 142 s. ISBN 80-7300-068-7.

Všeobecně známé obrázky nejsou citovány. Jedná se o takové informace, které jsou obecně známé, nezpochybnitelné, popřípadě snadno ověřitelné ve všeobecných publikacích (encyklopedie nebo základní učebnice).

131

ČÁST B PRACOVNÍ AKTIVITY PRO STUDENTY A ŽÁKY Praktická část je „knihovnou interaktivních výukových objektů", soubor výukových materiálů, podporujících individuální i skupinovou práci. Tato sekce umožňuje získat a využít informace pomoc prezentací, znalostních kvízů, testů, pracovních listů a dalších materiálů. Každá aktivita bude obsahovat text pro pedagoga, s návrhem motivace studentů. Celkové pokyny pro pedagoga budou obsaženy v metodické příručce.

1 PRACOVNÍ LISTY PRO 1. STUPEŇ ZŠ 1.1 Pracovní list č. 1A Materiály kolem nás Jméno: Třída:

Datum:

Smyslem úlohy je seznámit žáky 1. stupně s výskytem různých hmot kolem nás, ukázat na rozdíly v jejich vlastnostech a uvést příklady jejich použití. Může být propojeno s vyplňováním testu nebo jako kvízová soutěž Vlastní sestavení bude závislé na vyčleněném čase, na postupném ročníku, na iniciativě učitele, na obecné úrovni dětí…

Motivace

Lze uvést alespoň tyto materiály: ocel, měď, mosaz, hliník, papír, dřevo, plasty, písek, vápno, kámen, porcelán, sklo, korek atd. Žáci zpracují odpovědi na otázky přiřazením písmen z připraveného soupisu vlastností. Bude např.: A…přírodní materiál B…uměle připravený – vyrobený materiál C…hořlavý D…nehořlavý Úkol s

E…rezivějící

učitelem

F…nerezivějící G…při venkovním použití trvanlivý H…při venkovním použití ztrácí své vlastnosti I…je těžký J…je lehký K…je nerozbitný L…je křehký atd. atp. 132

Jako materiály mohou být vybrány: Ocel, sklo, dřevo, papír, umělá hmota, guma, mosaz, bronz, hliník, cihla, beton, písek, vlna, hedvábí, bavlna, vosk, parafin, uhlí, koks, benzin, petrolej atd. Dá se soutěžit …na čas, na počet správných odpovědí a podobně.

1. Rozhlédni se kolem sebe a zjisti, jaké materiály se nacházejí ve tvém okolí. Jejich názvy napiš do prvního sloupce tabulky.

Materiál

Vlastnosti

Použití, výrobek

Úkol s učitelem

2. Zamysli se nad tím, jaké vlastnosti jednotlivé materiály mají a zapiš je do druhého sloupce tabulky. 3. Do posledního sloupce tabulky napiš, co se z daného materiálu vyrábí.

133

1.2 Pracovní list č. 1B Uhlí – základní zdroj energie

Jméno: Datum:

Třída:

Poukázat na význam uhlí jako zdroje energie a tepla, bez nichž se neobejde život. Dá se ukázat souvislost Ostravska s dobýváním uhlí, případně informaci rozšířit na celou republiku a ukázat, že Motivace další zdroje uhlí jsou uloženy v severozápadních Čechách – mapa.

Připravit a realizovat návštěvu Hornického muzea pod Landekem v Ostravě – Přívoze. Po návratu besedovat s dětmi o zážitcích z exkurze.

134

Úkol s učitelem

2 PRACOVNÍ LISTY PRO 2. STUPEŇ ZŠ 2.1 Pracovní list č. 1B: Cesta vody? Jméno: Datum:

Třída:

V této aktivitě je potřeba žákům ukázat, jak složité je dodávání např. pitné vody až do domácnosti, jak to je technicky zařízeno s dodáváním plynu ke sporákům, boilerům apod. až do domácnosti. Je možno poukázat i na přívod teplé vody do domácností ke spotřebě i k ohřevu Motivace (otápění…). Toto vybavení bereme jako samozřejmost, aniž si uvědomujeme technickou náročnost celého systému. Praktické provedení lekce je propojeno se schématy a fotografiemi jednotlivých typů zařízení.

1. Jakou vodu v domácnosti používáme? (rozdělení vody podle kvality – pitná x užitková x deionizovaná voda, podle teploty, tvrdosti…) K čemu tuto vodu využíváme? 2. Odkud berou vodu obyvatelé Ostravy? (rozdělení Ostravska podle zdrojů pitné vody) 3. Jak se tato voda dostane ze zdroje do tvého domova? (pojem vodovod) 4. Zjistěte, jakou tvrdost má voda, kterou používáš? 5. Jaké důsledky má používání tvrdé vody? Jak ochránit potrubí a další zařízení (např. pračku, myčku, konvici…)? 6. Kolik pitné vody spotřebuješ za 1 den (kolik pitné vody odebereš z vodovodní sítě)? Jak a kde to zjistíš? 7. Kolik z pitné vody odebrané za 1 den spotřebuješ k pití a přípravě jídla? K čemu používáš zbývající odebranou pitnou vodu? 8. Jak lze snížit spotřebu pitné vody v domácnosti? 9. Kam odtéká použitá voda? (pojem kanalizace) Kolik takovéto odpadní vody za 1 den vyprodukuješ? 10. Jak se tato odpadní voda čistí? Co je to ČOV?

135

Úkol s učitelem

2.2 Pracovní list č. 2B: Výroba železa a oceli Jméno: Třída:

Datum:

Dosud nejrozšířenější kov se připravuje několika možnými postupy ze surového železa a šrotu v různých typech pecí. Rozdíl mezi železem a ocelí je dán rozdílným způsobem výroby a také chemickým složením, při tom ocel může být slitinou železa s dalšími prvky, které oceli udělují zvláštní vlastnosti Tak např. mangan oceli uděluje tvrdost, chrom její odolnost proti korozi atd. Vyrobená ocel se dá odlévat způsobem plynulým nebo do kokil, v nichž tuhne na ingoty. Motivace Vzniklé slitky se posléze zpracovávají tvářením na další potřebný materiál jako kolejnice, nosníky, plechy, trubky, drát, profily a podobně. Proto je zapotřebí žákům vysvětlit tyto skutečnosti, ukázat jim oblasti použití zejména tam, kde dosud jiný materiál neobstojí. Určitá část oceli se odlévá do zvláštních forem, tento výrobní postup označujeme slévárenství

1) Jaký je rozdíl mezi ocelí a železem (uveď rozdíly v chemickém složení a vlastnostech obou látek)? 2) Vysvětli následující pojmy: - vysoká pec: - konvertor: - nístějová pec: Úkol s

- elektrická oblouková pec: 3) Nakresli schéma vysoké pece a popiš ho. 4) Jaký druh chemické reakce se uplatňuje: -

při výrobě železa: při výrobě oceli:

5) Čím se dají ovlivnit vlastnosti ocelí? 6) Pomocí mapy uveďte, kde jsou v ČR hutní závody?

136

učitelem

V doprovodu pedagoga navštivte metalurgický závod AMO, kde zhlédněte ocelárnu a středojemnou válcovnu. Podle možností proveďte fotoreportáž z provozu. Po rozdělení do menších skupinek sestavte informaci na nástěnku, kde pojednáte, co se v shlédnutých provozech vyrábí, jaké jsou základní výrobní údaje, co jste viděli zblízka, k textu přiložte fotografie včetně případných výstřižků z firemních letáků

Úkol s učitelem

2.3 Pracovní list č. 3B: Principy hlavních výrobních technologií Jméno: Datum:

Třída:

Pokud máme porozumět základům alespoň vybraných výrobních postupů, je třeba se s nimi seznámit studiem výše uvedeného učebního textu a také vyslechnout výklad pedagoga, který osvětlí na několika příkladech některé zajímavosti. Prověrka nabytých vědomostí a míra správnosti pochopení těchto skutečností se provede pomocí zkušebního testu. Záleží na učiteli, jakou formou test provede. Je to Motivace možné písemnou formou, kdy každý pracuje samostatně nebo formou soutěžní (např. kvíz) nebo soupeřením více družstev. Mohou být zvoleny různé doplňovačky, čtvercovky, křížovky apod., při tom je jasné, že tato forma je zejména v přípravném stadiu pro pedagoga časově dosti náročná.

1) z čeho se vyrábí papír 2) Co jsou tkané textilie 3) Princip výroby technické pryže (gumy) 4) Co znamená pojem termosety a termoplasty 5) Na čem se zakládá výroba porcelánu 6) Které základní slitiny kovů znáte 7) Které hlavní neželezné kovy znáte a jaké je jejich použití 8) Co jsou biotechnologie 9) Principy spalovacích motorů 10) Základy výroby skla

137

Úkol s učitelem

Do podrobnější mapy MS kraje zaznamenejte číselnými terčíky sídla větších firem a sestavte legendu v členění Místo – název firmy – co vyrábí – k čemu je to užíváno

Úkol s učitelem

Příklad Ostrava-Přívoz - Koksovna Svoboda – koks – vysoké pece, slévárny, otop

138

3 PRACOVNÍ LISTY PRO STUDENTY STŘEDNÍCH ŠKOL 3.1 Pracovní list č. 1C Chemický a dřevozpracující průmysl na Ostravsku Jméno: Třída:

Datum:

Chemický průmysl České republiky je dosti značný jak z hlediska objemu výroby, tak i sortimentu, který je vyráběn. V současné době je chemická výroba v rozvoji zejména z důvodu nezbytné inovace chemikálií, k tomu ovšem přistupuje i soustavné zvyšování jakosti výrobků včetně rostoucích požadavků na takové výrobky, které nebudou mít zásadní účinek na jakost životního prostředí. Zde se dá uvést řada výrobků, kde je vyloučena přítomnost fosforu, chloru, ředidel aj. Dlužno podotknout, že chemická výroba v našich podmínkách představuje tradiční a současně velmi významnou složku našeho národního hospodářství a dá se očekávat její pozvolný vzestup. Ostravsko je jednou z oblastí, kde je chemický průmysl rozvinut a i přes uzavření některých zastaralých provozů má stále významné postavení v rámci ČR. Omezení či úplné zastavení některých podniků bylo dáno velmi negativním účinkem tamní výroby na životní prostředí – zde ovzduší, vody a prach – pro příklad lze uvést Ostramo, některé koksovny, Hrušovskou chemickou společnost, sazovnu aj.

Motivace

Nedaleké pohoří Beskyd poskytuje vedle jiných zdrojů podstatnou část surovin pro dřevozpracující průmysl. Z výše uvedeného vyplývá nutnost uvědomit si tyto skutečnosti, připomenout si surovinou základnu, provozující podniky a sortiment, který je zde vyráběn.

Formou testu odpovězte na tyto otázky 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

které podniky na Ostravsku se zabývají chemickou výrobou jaký sortiment produkují zaveďte do zvětšené mapky MS kraje jejich polohu jaká je jejich surovinová základna jaký význam má koksárenský dehet a benzol k čemu je vhodný síran amonný, čeho je produktem hlavní produkty dřevokombinátu Paskov 139

Úkol s učitelem

8) odkud se bere vodík pro organickou syntézu v MCHZ Borsod v Ostravě 9) co víte o výrobě technických plynů v Kunčicích 10) co se vám vybaví při vyslovení pojmu Laguny Ostramo?

1) Pojednejte o významu kyslíku v životě člověka 2) Jak se kyslík průmyslově získává 3) Na exkurzi do podniku LINDE – Vítkovice se seznamte s technickým řešením výroby kyslíku 4) Pojednejte o dalších komponentách, které se při výrobě kyslíku získávají 5) Uveďte jejich využití

140

Úkol

3.2 Pracovní list č. 2C Strojírenská výroba Jméno: Třída:

Datum:

Česká republika stejně jako dřívější Československo patřilo a patří bez nadsázky ke strojírenským velmocím s obrovskou více než stoletou úspěšnou tradicí. Strojírenské závody jako Škoda Plzeň, ZVU Hradec Králové, Škoda Mladá Boleslav, První brněnská, Tatra Kopřivnice, ČZ Strakonice a další a další - to jsou pojmy, které stejně jako sfinga přetrvaly věky. V té souvislosti je nanejvýš žádoucí uvědomit si podíl těchto závodů na tvorbě hrubého domácího produktu, při čemž až Motivace dosud naše strojírenské výrobky jsou významnou součástí exportního zboží. Proto je potřeba uvést základní strojírenské postupy, uvědomit si základní principy a uvědomit si úlohu, kterou strojírenské výrobky v našem životě sehrávají.

V podobě soutěžního kvízu 1) 2) 3) 4) 5)

vyjmenujte hlavní výrobní operace strojírenské výroby hlavní přednosti slévárenství strojírenské podniky v MS kraji hlavní exportní artikl strojírenské výroby v podmínkách ČR které hlavní slitiny se uplatňují ve strojírenství

Na základě exkurze do Muzea Tatra Kopřivnice a vlastního podniku Tatra Kopřivnice sestavte panel, informující o poslání strojírenské výroby, o vývoji automobilů a také o vlastní výrobě v podniku Tatra získávají Seznamte se s výrobou železničního dvojkolí v podniku Bonatrans Bohumín a připravte reportáž pro školní noviny

141

Úkol s učitelem

Úkol s učitelem

Úkol

3.3 Pracovní list č. 3C: Od kamene po železo Jméno: Třída:

Datum:

1. Na jaká hlavní historická období dělíme pravěk? Seřaď je od nejstaršího období po nejmladší: Doba……………….….…… Doba ……………….……… Doba ……………….………

2. Jaké materiály lidé používali v 1. období? U každého materiálu napiš, k čemu byl takový materiál určen: Materiál

Účel použití

Úkol s učitelem

3. Hlavním materiálem 1. období byl………………….

142

Popiš jeho hlavní výhody a nevýhody: Výhody

Nevýhody

4. Nutnost odolnějších a kvalitnějších materiálů vedla k použití prvních kovů a jejich slitin. Jakou slitinu lidé začali používat nejprve? ……………… je slitina…………….……. a …………..……….. 5. Pomocí internetu či MFCh tabulek zjisti, jakou teplotu má plamen při hoření dřeva a zapiš ji:

t = ………………………… 6. Stačí tato teplota k roztavení: * bronzu? ano x ne (bronz potřebuje teplotu alespoň …………......°C) * železa? ano x ne (železo potřebuje teplotu alespoň ………...…. °C) 7. Zkus se zamyslet nad tím, který z těchto kovů lidé dokázali zpracovat dříve a proč?

8. Jaké kovy lidé používali k výrobě nástrojů v minulosti?

9. Jaké kovy lidé používají k výrobě nástrojů dnes?

143

4 PRACOVNÍ LISTY S ODBORNÝM TEXTEM V ANGLICKÉM A ČESKÉM JAZYCE 4.1 Abstract of the text „Rescued by modern technology?“ Technology (from Greek , techne, "art, skill, cunning of hand"; and -λογí -logia „science“) is nowadays understood as a manufacturing, production, adaptation, application, exploitation and knowledge of tools, machines, techniques, crafts, and systems of their organization. All this things are employed to get the solution of new problems or to improve existing solutions. There are many areas where technology is successfully applied, e.g. chemical technology, mechanical technology, civil engineering, computational technology, communication technology, information technology, medical technology, etc.. The beginnings of technology are dated to the times in which man starts to progressively master his natural environment and starts to change available sources on the simple tools. The discovery and utilization of fire, a simple energy source with many profound uses, was a turning point in the technological evolution of humankind. Fire, fueled with wood and charcoal, allowed early humans to cook their food to increase its digestibility, improving its nutrient value and broadening the number of foods that could be eaten. Invention of the wheel revolutionized activities as disparate as transportation, war, and the production of pottery (for which it might have been first used). It did not take long to discover that wheeled wagons could be used to carry heavy loads and fast (rotary) potters' wheels enabled early mass production of pottery. But it was the use of the wheel as a transformer of energy (through water wheels, windmills and even treadmills) that revolutionized the application of nonhuman power sources. Consequently, following inventions, starting from printing, telephone as far as to the internet, decreased physical barrier in information transfer between communities and allow them free communication in global scale. Nevertheless, not all and not all the time was technology used only for peaceful purposes. History is full of brutal battles when the wide scale of different tools has been used. The most sophisticated ones are nuclear weapons. The story is divided into the four main chapters, in which is subsequently described progress in the field of invention of the materials and technology through the ages up to contemporary days. After the short introduction (chapter one) is given a general historical survey starting from the man before civilizations continuing Mesopotamian and Egyptian civilizations, the rise of Greece and Rome and Roman empire, up to the middle ages and renaissance (chapter two). The production of food is discussed in the part, where a special attention is given to the domestication of animals, origins of agriculture, systems of early irrigation, land reclamation, preparation of food and drinks, fisheries, and the effect of geographical discoveries on the feeding habits in Europe. Subchapter about the technology of domestic needs consists of early pottery and ceramics, early textile production, exploitation of wood, leather, glass, and ivory. Special attention is paid to the extraction and working of metals, where a beginning of nonferrous metals use, extraction and further development of the iron industry is described. Finally, the progress in armaments and making of the metal instruments is described. The beginning of communications, speech and records, metering, cartography, origins of printing and further development of rudimentary information storage is given in separate subchapter. The early sources of power together with beginnings of chemical industry and its application in medicine, gunpowder production and preparation of chemical dyes for textile coloring is given separately.

144

The progress in technology between first industrial revolution and the First World War is illustrated in chapter three. Steam power and steam engine as drivers of machinery were the primary promoters starting the industrial revolution. Quick development of mechanical technology and tool production was followed by mechanized cargo traffic, exploitation of natural gas and crude oil and gentle start of gas engines. Separate place has modern chemical industry, especially polymer technology, which brings new materials of unsuspected properties. Also, that time known technologies like glass making, ceramics, and textile technology were improved. Electrical energy together with all mutual aspects (production and distribution of electric energy, electrical lights, electrical engines, telegraph, telephone, etc.) started to play dominant role. The evolution of technology in the twentieth century up to present times is illustrated in chapter four. There were several innovations of crucial importance: in field of physics there was nuclear fission, which allows exploitation of nuclear energy. The period of technology evolution during the twentieth century up to now is briefly described in chapter four. The invention of nuclear fission brings available sources of nuclear energy. Another general breakthrough was the invention of computers which were miniaturized afterwards by new miniature transistors and integrated circuits (chips). Connection and communication between the such powerful computers was the beginning of computer networking which leads to the Internet as we know now. The computer technology brings great advantage in space orientation. The novel system of orientation in space (GPS Global Positioning System) using satellites orbited around the Earth was introduced. Such satellites are also available for communications purposes. The special case is the space exploration. In spite of first flight of the man into the universe which was more than fifty years before, the space flights as itself are nowadays still remarkable events, even the most innovative technologies and materials are available. Significant progression also occurs in the medicine. Even there, were many of the new medical techniques developed, sophisticated surgeries of the brain, hearing and another vital organs were made, there are still many unsolved challenges left. Complicated production processes are necessary for development and support of new innovative technologies. Completely new industrial lines were created for support of new technologies and for development of more and more sophisticated tools. Modern technology increasingly relies on training and education. Designers, builders, administrators and users of new technologies often require specific knowledge beside the general one. Moreover, some of the technologies are too specific that needs support team of engineers, medics, informatics and other special professions. Some of the future technologies are described in chapter five. Such technologies differ from the traditional technologies by the interest in completely new field of human activity when unconventional procedures and inventions are employed. Examples of such forthcoming technologies could be the education technology, information technology, nanotechnology, biotechnology, robotics or artificial intelligence. New technologies are typically established, when two or more traditional technologies are applied for solving the same problem. Even the new technology is mostly created from the traditional,when a common problem is solved, the rate of utilization and economical sustainability of new technologies is different.

145

Technology has affected and constantly affects the society and environment in many aspects. In many cases the technology helps with development of economics, which leads to diversification of society and creation of social classes (employed – unemployed, poor - rich, etc.). Many technologies produce beside expected products also side products which are mostly undesirable, contaminating of environment, and which can damage natural resources for future. Implementation and operation of new technologies affects the quality of the society and often creates new ethical issues. Answer to the question if the new technologies are good or bad for human evolution is more philosophical and both possible variants have a lot of supporters and antagonists. World is globally considered as a living space. Increasing mobility of people, commodities, services and information leads to shortening distances, importance of borders, space and time are shortening. Number of communication structures is increasing (frequently at the expenses of intensity and quality). In consequence of such effect the optical size of the Earth is decreasing. It means that time could be reorganized for overcome the space. Shortening of the time causes shortening of the distances and simplification of the social interactions. This dramatically changes the feeling of the world – people at the different places at the world have the experience about the same things at the same time, insomuch that they are living at the same place. Technology is only a powerful tool for satisfying of human needs, regardless of the quality of the particular needs. This implies that every technology, either traditional, contemporary, or new can help us to satisfy every needs, but can not save us. We have to save us by ourselves!

146

Výkladový slovník odborných pojmů Anglicky

Česky

Aqueduct

Akvadukt

Alternative source of energy

Alternativní zdroje energie

Archaeology

Archeologie

Petrol engine

Benzínový motor

Biotechnology

Biotechnologie

Civilization

Civilizace

Pump

Čerpadlo

Tanning of leather

Činění kůže

Digital printing

Digitální tisk

Mining workings

Důlní dílo

Dynamite

Dynamit

Effectivity

Efektivita

Electric energy

Elektrická energie

Electric engine

Elektrický motor

Energetics

Energetika

Filtration

Filtrace

Photovoltaic panel

Fotovoltaický panel

Geothermal power plant

Geotermální elektrárna

Information technology

Informační technologie

Engineering

Inženýrství

Insulation

Izolace

Nuclear power plant

Jaderná elektrárna

Stem cells

Kmenové buňky

Communication

Komunikace

Capacitator

Kondenzátor

Mechanical knitting

Mechanické pletení

Nanotechnology

Nanotechnologie

Steam turbine

Parní turbína

Platinum (Jack)

Platina

Space Shuttle

Raketoplán

Recycling

Recyklace

Robotics

Robotika

147

Slovník pojmů

Solar power plant

Solární elektrárna

Water treatment technology

Technologie úpravy vody

Thermal power plant

Tepelná elektrárna

Wind power plant

Větrná elektrárna

Wind mill

Větrný mlýn

Explosives

Výbušniny

Blast furnace

Vysoká pec

Railway

Železnice

Ferro concrete

Železobeton

148

4.2 Abstrakt textu „Zachrání nás moderní technologie?" Technologie (z řeckého "techne", což znamená umění, dovednost, zručná ruka; a λογí = "logia", tedy věda) je dnes chápána jako manufaktura, výroba, aplikace, využívání a znalost nástrojů, strojů, techniky, řemesel a systémů jejich organizace. Všechny výše popsané složky pracují v součinnosti a za účelem nalezení řešení nových problémů nebo ke zlepšení stávající situace. Existuje spousta oblastí, kde je technologie úspěšně aplikována, např. chemické technologie, mechanické technologie, stavebnictví, IT, komunikační technologie, počítačové technologie, lékařské technologie, atd. Počátky moderní techniky je datován do doby, kdy člověk začal progresivně ovládat své přirozené životní prostředí a kdy začal využívat dostupné zdroje ve svůj prospěch tím, že si například zhotovil jednoduchý pracovní nástroj. Objevení a využívání ohně, jednoduchého zdroje energie se širokým využitím, se stalo zlomovým bodem v rámci technologické evoluce lidstva. Oheň, živený dřevem a uhlím, umožnil prapředkům uvařit si jídlo a zlepšit tak poživatelnost pokrmu, stejně jako jeho nutriční hodnotu a také se značně rozšířil "jídelníček". Následný objev "kola" znamenal další revoluční počin: v rámci dopravy, války a výroby keramiky, kde bylo kolo ve formě hrnčířského kruhu prvně použito. Netrvalo dlouho, aby naši prapředci došli ke zjištění, že jakýkoli povoz opatřený "koly" může být použit na převážení těžkých nákladů a hrnčířský kruh dokázal brzkou masovou výrobu hliněného nádobí/keramiky. Teprve využití kola jako nositele energie (vodní kola, větrné mlýny a dokonce i běhací pásy) však dokonale změnilo potřebu lidské síly za "nelidský" zdroj pohonu. Další objevy počínaje od vynálezu knihtisku, telefonu a konečně internetu, umožnily snižování bariéry v přístupu k informacím a byla tak postupně zajištěna svobodná komunikace mezi komunitami na celém světě. Nicméně, ne všichni a ne vždy jsou technologie využívány jen pro mírové účely. Historie lidstva je plná násilných bitev, kde byly použity nejrůznější válečné "nástroje". Největší příklad takové brutality nám dává použití jaderné bomby ve druhé světové válce. Příběh je rozdělen do čtyř hlavních kapitol, ve kterých je postupně popisován pokrok na poli objevů nových materiálů, látek a technologií v průběhu staletí až do současnosti. Po krátkém úvodu (kapitola jedna) je podán všeobecný historický přehled začínající od doby člověka před počátkem civilizací, pokračuje přes Mezopotámské a Egyptské civilizace, vzestup Řecka a Říma a Římské říše (kapitola dvě), zde je věnována speciální pozornost domestikaci zvířat, původu zemědělství, systému zavlažování, zúrodňování půdy, přípravě jídel a nápojů, rybaření a vlivy zeměpisných objevů na stravovací návyky obyvatel Evropy. Podkapitola o technologiích pro domácí potřebu se skládá z částí o raném hrnčířství a keramice, rané produkci textilu, využití dřeva, kůže, skla a slonoviny. Zvláštní pozornost je věnována zpracování kovů a práci s kovy, kde je popsán začátek využívání neželezitých kovů a další vývoj metalového průmyslu. Následně je vylíčen vývoj zbrojního průmyslu a kovodělná výroba. Počátky komunikace, řeči a zvukových záznamů, měření, kartografie, vznik knihtisku a další vývoj základních informací je podáno v samostatné podkapitole. V další samostatné kapitole pak bude řeč o prvních energetických zdrojích, počátcích chemického průmyslu a jeho aplikace v medicíně, o výrobě střelného prachu a přípravě chemikálií pro barvení textilu.

149

Pokrok v moderní technice mezi první průmyslovou revolucí a první světovou válkou je popsán v kapitole tři. Parní pohon a parní stroj jako pojízdné zařízení byly prvními představiteli počínající průmyslové revoluce. Rychlý rozvoj mechanických technologií a výroba nástrojů následovala mechanizovaná nákladní doprava, využívání zemního plynu a surové ropy a pomalý nástup plynových motorů. Zvláštní místo zastává moderní chemický průmysl, zejména polymerní technologie, která přináší nové materiály neočekávaných vlastností. Stejně tak již známé technologie jako je výroba skla, keramiky a textilu se stále zlepšovaly. Elektrická energie spolu se všemi přidruženými aspekty (výroba a distribuce elektřiny, elektrická osvětlení, elektrické lokomotivy, telegrafy, telefony atd.) začala hrát na poli techniky hlavní roli. Vývoj moderní techniky od dvacátého století až do dnešní doby je popsán v kapitole čtyři. Do tohoto období spadá několik zásadních inovací: na poli fyziky to bylo nukleární štěpení, které umožnilo začít využívat jadernou energie. Dalším významným zlomem ve 20. století bylo objevení počítačů, které byly následně zmenšeny díky novým tranzistorovým a integrovaným čipům. Propojování a komunikování mezi takto výkonnými počítači byl počátek počítačových sítí, který vedl k Internetu, který známe dnes. Počítačové technologie přinášejí mnohé výhody v prostorové orientaci. Novátorský systém orientace v prostoru představuje GPS (Global Positioning Systém), který využívá satelity obíhající okolo Země. Takové satelity jsou využívány také pro komunikační účely. Zvláštní případ tvoří průzkum vesmíru. Přestože první vesmírný průzkum byl proveden již před více než 50 lety, kdy byl do vesmíru vyslán první člověk, vesmírné výpravy stále představuj naprosto delikátní záležitost přestože dnešní technologie umožňují využití nejrůznějších materiálů a přístrojů - lety do vesmíru jsou stále naprosto unikátní zkušeností. Významné pokroky se dějí také na poli medicíny. Přestože existuje spoustu nových lékařských technologií a byly provedeny náročné operace mozku, sluchu a dalších důležitých orgánů, stále zbývá v oblasti medicíny hodně velkých výzev. Složité výrobní procesy jsou nezbytné pro vývoj a podporu inovativních technologií. Byly vytvořeny zcela nové výrobní linky na podporu nových technologií a na rozvoj stále více sofistikovaných nástrojů. Moderní technika se maximálně spoléhá na trénink a vzdělávání. Designéři, stavitelé, administrátoři a uživatelé nových technologií často požadují specifické znalosti vedle těch obecných. Navíc, některé technologie jsou tak specifické, že vyžadují podpůrný tým techniků, mediků, informatiků a dalších profesionálů. Takové technologie se liší od těch běžných svým zájmem v úplně nové obory lidské působnosti a pracuje se s nekonvenčními procedurami a vynálezy. Příklady takových příštích majoritních technologií jsou např. technologické vzdělávání, informační technologie, nanotechnologie, biotechnologie, robotika a umělá inteligence. (O těchto technologiích bude pojednáno samostatně v jedné z kapitol). Nové technologie většinou vznikají tak, že se spojí dvě nebo více stávajících technologií při řešení daného problému. Technika ovlivňovala a stále ovlivňuje společnost a prostředí v mnoha aspektech. V mnoha případech, technika pomáhá rozvoji ekonomiky, což vede k diverzifikaci společnosti a tvorbě sociálních tříd (zaměstnaný-nezaměstnaný, bohatý-chudý atd.) Mnoho technologií v praxi produkuje vedle očekávaného produktu také produkt vedlejší, často nechtěný, kontaminuje životní prostředí, a který může zničit přírodní zdroje určené pro budoucnost.

150

Zavádění nových technologií ovlivňuje kvalitu společnosti a často také vytváří nové etické otázky. Odpověď na otázku, zda nová technologie je dobrá nebo špatná z hlediska lidského vývoje, to je spíše filozofický problém a často se najdou u dané problematiky jak odpůrci, tak zastánci. Země se všeobecně považuje za místo pro život. Zvyšující se mobilita obyvatel, komodit, služeb a informací vede ke zkracování vzdáleností, snižování důležitosti hranic, prostor a čas se krátí. Počet komunikačních struktur se také zvyšuje (často na úkor intenzity a kvality). V důsledku takových proměn se optická velikost planety Země zmenšuje. Znamená to tedy, že čas může být přeorganizován, protože vzdálenosti jsou překonávány nejrychleji, jak to kdy šlo. Zkracování času způsobuje zkracování vzdáleností a zjednodušení sociálních interakcí. Toto vše dramaticky mění povahu našeho současného světa lidé na různých místech světa mohou zažít naráz ve stejný čas stejný zážitek. Technologie je však jen mocný nástroj, který uspokojuje lidské potřeby a to bez ohledu na to, jak moc kvalitní tyto současné lidské potřeby jsou. To ukazuje, že každá technologie, ať už tradiční, současná nebo zcela nová nastupující nám může pomoci uspokojit naše potřeby, ale v žádném případě nás nemůže "spasit". "Spasit" se musíme my sami.

151

ČÁST C METODICKÁ PŘÍRUČKA Základní metodické přístupy V této části je uvedeno několik příkladů, jak nakládat s prve uvedenými úkoly, zařazenými do části B. V ní jsou uvedeny příklady, které jsou zvládnutelné na úrovni jednotlivých stupňů výchovného cyklu. Jsou logicky seřazeny od nejjednodušších pro žáky 1. stupně ZŠ, na to navazují úkoly, určené žákům 2. stupně ZŠ a text části B je završen sbírkou úkolů pro gymnázia a jiné odborné školy. Je třeba si uvědomit, že takové úlohy nemohou být zde zpracovány do nejmenších detailů, protože se ve všech případech v této praktické činnosti musí obrážet místní podmínky daných výchovných institucí, počty žáků (studentů), jakož i technická vybavenost daného pracoviště zejména tam, kde mají být provedeny praktické úkoly v podstatě laboratorního charakteru. V případě exkurzí a návštěv výrobních institucí bude hrát roli délka a účelnost přepravy a jiné vlivy. Na prvém místě bude bezpečnost celé akce. Lze zde doporučit efektivní spolupráci některého z rodičů či přátel školy. Učitel zde musí být připraven na možnost dotazů z řad žáků, stejně tak žáci a studenti se musí nachystat na dotazy pedagoga v rozsahu dané látky. Tím více bude vyčnívat vědomí, že je dlouhá (a mnohdy i trnitá) cesta ve vývoji společnosti, že její rozvoj neustrne, že jde o proces, který snad kdysi v dávnověku měl svůj počátek, ale určitě nebude mít konec. Pokrok ponesou lidé vzdělaní – skuteční mistři svého oboru jak v činností rukodělné tak i v oblasti intenzívní duševní práce. Vývoj technologií Uspořádání metodického listu bude dáno zohledněním místního charakteru, jak vysvitne z dalších řádků. Šíření poznatků a ověřování jejich přijímání má smysl v menších skupinách studentů. Plenární sezení bude mít logicky nižší efekt, míra soustředění se sníží, aktivní projev žáků bude v podobě velmi nízké frekvence. Proto je vhodné probírat jednotlivé úkoly v menších skupinkách, kde výše zmíněná negativa eliminujeme, a studenti jsou nuceni ke zvýšené aktivitě. Podle charakteru výše zmíněných úkolů podle jednotlivých výchovných stupňů je potřeba zvolit optimální formu řešení úkolů. Učitel při tom vychází z osobního poznání žáků, volí formu podle úrovně, lhostejno, zda ve formě soutěže, či klasické písemné práce nebo domácího úkolu. Studenty také poučí o možnosti získávání dalších informací z jiné odborné literatury či vědeckopopulárních časopisů nebo dokonce časopisů s vysokým stupněm odbornosti. Studenti jsou pravděpodobně seznámeni s využíváním internetu jako zdrojem nejčerstvějších poznatků, vztahujících se k dané oblasti. Zde je vhodné připomenout potřebu citace informačního zdroje, tedy odkud, kdy, v jaké podobě atd. byl daný poznatek získán (citace pramenů), aby i do budoucna v běžném životě uměli s informacemi pracovat.

152

Otázky a úkoly v předchozí části B jsou rámcové, významnou roli sehraje samotný pedagog v podobě formulace dalších úkolů – otázek k danému tématu. Do vzdělávacího programu zařazené návštěvy výrobních zařízení by neměly být pouze „výletem s odpadajícím vyučováním“. Proto je důležité sortiment výše uvedených úkolů rozšířit ad hoc právě v těsné shodě s průběhem oné exkurze. Není asi účelné sepisovat další příklad metodického listu, protože je již na pohled patrno, že co do kvality i náročnosti tohoto způsobu výchovy budou zřejmé rozdíly v nárocích na žáky a na studenty. Pokyny pro učitele Vzdělávací cíl: Zde je třeba navázat na dřívější výklad dané kapitoly, zdůraznit celospolečenský význam s maximální mírou aktualizace ve vztahu k lokalitě školy a situaci v národním hospodářství (ekonomice). Smyslem je rovněž posílení formulačních a argumentačních schopností žáka (studenta). Cílová skupina: jde o žáky 2. stupně ZŠ a také o studenty SŠ, rozdíl spočívá v míře předávaných poznatků a informací. Zde je nutno poukázat na spojitost této discipliny s jinými předměty, zejména s fyzikou, chemií, zeměpisem… Rozsah: opět podle místních podmínek se předpokládá čas 2 až 4 výukové hodiny Pomůcky: jejich určení či vytýčení požadavku je dáno detailní přípravou pedagoga, provádějícího tuto výuky

153

1 PRACOVNÍ LISTY PRO 1. STUPEŇ ZŠ Pracovní list č. 1A Materiály kolem nás Cílová skupina: pro žáky 1. až 5. tříd základních škol Rozsah: 2 až 6 hodin Pomůcky: Papír A2 nebo A3, pastelky a tužky

Pokyny pro učitele

1.1 Pracovní list č. 1B Uhlí – základní zdroj energie Cílová skupina: pro žáky 1. až 5. tříd základních škol Rozsah: 1 až 2 hodiny

Pokyny pro učitele

1.2 Pracovní list č. 1B: Cesta vody? Cílová skupina: pro žáky 6. až 9. tříd základních škol Rozsah: 2 až 6 hodin Poznámka: Možná práce ve dvojicích nebo ve skupinkách. Prezentace před hodnotící komisí, tj. učitel a dva spolužáci, možnost přizvání externího experta. Pomůcky: Papír A2 nebo A3, pastelky a tužky

154

Pokyny pro učitele

2 PRACOVNÍ LISTY PRO 2. STUPEŇ ZŠ 2.1 Pracovní list č. 2B: Výroba železa a oceli Cílová skupina: pro žáky 6. až 9. tříd základních škol Rozsah: 2 až 6 hodiny Poznámka: Možná práce ve dvojicích nebo ve skupinkách. Prezentace před hodnotící komisí, tj. učitel a dva spolužáci, možnost přizvání externího experta.

Pokyny pro učitele

Pomůcky: Papír A2 nebo A3, pastelky a tužky.

2.2 Pracovní list č. 3B: Principy hlavních výrobních technologií Cílová skupina: pro žáky 6. až 9. tříd základních škol Rozsah: 2 až 6 hodiny Poznámka: Možná práce ve dvojicích nebo ve skupinkách. Prezentace před hodnotící komisí, tj. učitel a dva spolužáci, možnost přizvání externího experta.

Pokyny pro učitele

Pomůcky: Papír A2 nebo A3, pastelky a tužky

2.3 Pracovní list č. 4B: Od kamene po železo Cílová skupina: pro žáky 6. až 9. tříd základních škol Rozsah: 2 až 6 hodiny Poznámka: Možná práce ve dvojicích nebo ve skupinkách. Prezentace před hodnotící komisí, tj. učitel a dva spolužáci, možnost přizvání externího experta. Pomůcky: Papír A2 nebo A3, pastelky a tužky Zpracovala: Mgr. Renáta Gonsorčíková

155

Pokyny pro učitele

3 PRACOVNÍ LISTY PRO STUDENTY GYMNÁZIÍ A STŘEDNÍCH ODBORNÝCH ŠKOL 3.1 Pracovní list č. 1C Chemický a dřevozpracující průmysl na Ostravsku Cílová skupina: pro studenty gymnázií a středních škol Rozsah: 2 až 6 hodin

Pokyny pro učitele

3.2 Pracovní list č. 2C Strojírenská výroba Cílová skupina: pro studenty gymnázií a středních škol Rozsah: 2 až 6 hodiny

156

Pokyny pro učitele