Magnetismi - Thalesista Maxwelliin

Tuhat vuotta ennen sähköisten ilmiöiden ensimmäisiä havaintoja ihmiskunta on jo alkanut kertyä tietoa magnetismista. Ja vasta neljäsataa vuotta sitten, kun fysiikan muodostuminen tiedeksi oli vasta alkamassa, tutkijat erottivat aineiden magneettiset ominaisuudet niiden sähköisistä ominaisuuksista ja vasta sen jälkeen he aloittivat tutkimuksen aineista itsenäisesti. Tämä loi kokeellisen ja teoreettisen perustan, josta tuli e perusta 1800-luvun puolivälissäsähköisten ja magneettisten ilmiöiden teoria.

Näyttää siltä, ​​että magneettisen rautamalmin epätavalliset ominaisuudet tiedettiin jo pronssikautena Mesopotamiassa. Ja rautametallurgian kehityksen alkamisen jälkeen ihmiset huomasivat, että se houkuttelee rautatuotteita. Muinaiskreikkalainen filosofi ja matemaatikko Thales Miletuksen kaupungista (640–546 eKr.) Mietti myös tämän vetovoiman syitä, hän katsoi tämän vetovoiman mineraalin animaatioon.

Kreikkalaiset ajattelijat kuvittelivat kuinka näkymättömät parit peittävät magnetiitin ja raudan, kuinka nämä parit houkuttelevat aineita toisiinsa. Sana "Magnet" voi tapahtua Magnesia-u-Sipilan kaupungin nimi Vähä-Aasiassa, jonka lähellä magnetiitti makasi. Yksi legenda kertoo, että paimen Magnis ilmestyi jotenkin lampaineen kallion viereen, joka veti henkilöstönsä rautakärjen ja saappaat hänelle.

Muinaisessa kiinalaisessa tutkielmassa "Mestari Liun kevät- ja syksykirjat" (240 eKr.) Mainitaan magnetiitin ominaisuus houkutella rautaa itseensä. Sata vuotta myöhemmin kiinalaiset huomauttivat, että magnetiitti ei houkuttele kuparia tai keramiikkaa. 7-8 vuosisadalla he huomasivat, että magnetoitu rautaneula, joka on vapaasti ripustettuna, kääntyy kohti North Staria.

Joten 1200-luvun jälkipuoliskolla Kiinassa alettiin valmistaa merikompasseja, jotka eurooppalaiset merimiehet hallitsivat vain sata vuotta kiinalaisten jälkeen. Sitten kiinalaiset ovat jo löytäneet magnetoidun neulan kyvyn poiketa suunnasta pohjoiseen itään ja havainneet siten magneettisen taipuman, ennen kuin täällä sijaitsevat eurooppalaiset merimiehet, jotka tulivat täsmälleen siihen johtopäätökseen vasta 1500-luvulla.

Euroopassa ensimmäinen, joka kuvasi luonnonmagneettien ominaisuuksia, oli ranskalainen filosofi Pierre de Maricourt, joka palveli vuonna 1269 Sisilian kuninkaan Charles Anjoun armeijassa. Yhden Italian kaupunkien piirityksen aikana hän lähetti ystävälle Picardyelle tieteen historiassa menneen asiakirjan nimellä "Kirje magneetista", jossa hän puhui kokeistaan ​​magneettisen rautamalmin kanssa.

Marikur totesi, että missä tahansa magnetiittikappaleessa on kaksi aluetta, jotka houkuttelevat rautaa erityisen voimakkaasti. Hän huomasi tässä samankaltaisuuden taivaanpallon napojen kanssa, joten hän lainasi niiden nimet osoittamaan suurimman magneettisen voiman alueet. Sieltä perinne alkoi kutsua magneettinapoja eteläiseen ja pohjoiseen magneettinapaan.

Marikur kirjoitti, että jos hajotat minkä tahansa pala magnetiittia kahteen osaan, niin jokaisella fragmentilla on omat navat.

Marikur yhdisti ensimmäistä kertaa magneettisten napojen torjumisen ja vetovoiman vastakkaisten (etelä- ja pohjoisosa) tai saman nimisten napojen vuorovaikutukseen. Marikuria pidetään perustellusti eurooppalaisen kokeellisen tiedekoulun edelläkävijänä, hänen magneettisia muistiinpanojaan toistettiin kymmenissä luetteloissa ja painettamisen myötä ne julkaistiin esitteen muodossa. Monet luonnontieteilijät ovat lainanneet heitä 1500-luvulle saakka.

Vaikeuksissa Marikura tunsi hyvin myös englantilaisen luonnontieteilijän, tutkijan ja lääkärin William Hilbertin. Vuonna 1600 hän julkaisi teoksen "Magneetista, magneettisista kappaleista ja suuresta magneetista - Maasta".Tässä työssä Hilbert mainitsi kaikki tuolloin tiedossa olleet tiedot luonnollisten magneettisten materiaalien ja magnetoidun raudan ominaisuuksista ja kuvasi myös omia kokeilujaan magneettikuulalla, joissa hän toisti maan magneettisen mallin.

Erityisesti hän kokeellisesti totesi, että "pienen maan" molemmilla napoilla kompassin neula pyörii kohtisuorassa sen pintaan nähden, se on asennettu päiväntasaajan suuntaisesti ja keskipituusasteilla sitä käännetään väliasentoon. Tällä tavalla Hilbert pystyi simuloimaan magneettista taipumusta, joka oli tunnettu Euroopassa yli 50 vuotta (vuonna 1544 sen kuvasi Nürnbergin mekaanikko George Hartmann).

Hilbert toisti myös geomagneettisen deklinaation, jonka hän ei katsonut johtuvan pallon täysin sileästä pinnasta, mutta planetaarisessa mittakaavassa hän selitti tämän vaikutuksen maanosien välisellä vetovoimalla. Hän löysi, kuinka paljon kuuma rauta menettää magneettiset ominaisuutensa, ja palauttaa ne jäähtyessään. Viimeinkin Hilbert erotti ensimmäisen selvästi magneettien vetovoiman ja villaa hierovan meripihkan vetovoiman, jota hän kutsui sähkövoimaksi. Se oli todella innovatiivinen teos, jota arvostelivat niin aikakautiset kuin jälkeläiset. Hilbert huomasi, että maata pidetään perustellusti "suurena magneettina".

Alkuvuodesta 1800-luvun alusta, magnetismi tiede edistyi hyvin vähän. Vuonna 1640 Galileon opiskelija Benedetto Castelli selitti magnetiitin vetovoimaa monilla hyvin pienillä magneettisilla hiukkasilla, jotka muodostavat sen.

Vuonna 1778 Sebald Brugmans, hollantilainen kotoisin, huomasi kuinka vismutti ja antimoni hylkäsivät magneettineulan navat, mikä oli ensimmäinen esimerkki fyysisestä ilmiöstä, jota Faraday myöhemmin kutsui Diamagnetismi.

Charles-Augustin Coulomb vuonna 1785 vääntötasapainon tarkkojen mittausten avulla osoitti tämän magneettinapojen vuorovaikutusvoima keskenään on kääntäen verrannollinen napojen välisen etäisyyden neliöön - yhtä tarkka kuin sähkövarausten vuorovaikutusvoima.

Vuodesta 1813 tanskalainen fyysikko Oersted on yrittänyt ahkerasti luoda yhteyden sähkön ja magneettisuuden välille. Tutkija käytti kompassia indikaattoreina, mutta pitkään aikaan hän ei päässyt tavoitteeseen, koska hän odotti, että magneettinen voima oli samansuuntainen virran kanssa, ja asetti sähköjohdon suorassa kulmassa kompassin neulaan. Nuoli ei reagoinut virran esiintymiseen.

Keväällä 1820, yhdessä luennoista, Oersted veti vaijeria nuolen suuntaisesti, ja ei ole selvää, mikä johti hänet tähän ajatukseen. Ja niin nuoli heilahti. Jostain syystä Oersted lopetti kokeilun useaksi kuukaudeksi, minkä jälkeen hän palasi heille ja huomasi, että "sähkövirran magneettinen vaikutus kohdistuu tätä virtaa ympäröiviin piireihin".

Päätelmä oli paradoksaalinen, koska aiemmin pyörivät voimat eivät ilmenneet mekaniikassa tai muualla fysiikassa. Oersted kirjoitti artikkelin, jossa hän esitteli havaintonsa, eikä hän enää koskaan harjoittanut sähkömagneettisuutta.

Saman vuoden syksyllä ranskalainen Andre-Marie Ampère aloitti kokeilut. Ensinnäkin toistuttuaan ja vahvistaneen Oerstedin tulokset ja johtopäätökset, lokakuun alussa hän löysi johtimien vetovoiman, jos niissä olevat virrat on suunnattu samalla tavalla, ja torjunnan, jos virtaukset ovat vastakkaisia.

Ampère tutki myös ei-rinnakkaisten johtimien vuorovaikutusta virran kanssa, minkä jälkeen hän kuvasi sen myöhemmin kutsutulla kaavalla Amperen laki. Tutkija osoitti myös, että virralla kelatut langat pyörivät magneettikentän vaikutuksesta, kuten kompassin neulalla tapahtuu.

Lopuksi hän esitti molekyylivirtojen hypoteesin, jonka mukaan magnetoitujen materiaalien sisällä on jatkuvia mikroskooppisia pyöreitä virtauksia, jotka ovat keskenään yhdensuuntaisia, mikä aiheuttaa materiaalien magneettisen vaikutuksen.

Samanaikaisesti Bio ja Savard kehittivät yhdessä matemaattisen kaavan, joka mahdollistaa DC-magneettikentän intensiteetin laskemisen.

Ja niin, vuoden 1821 loppuun mennessä, Lontoossa jo työskentelevä Michael Faraday teki laitteen, jossa virrankuljetin johdin kiertyi magneettin ympäri ja toinen magneetti kiertyi toisen johtimen ympäri.

Faraday ehdotti, että sekä magneetti että lanka on suojattu samankeskisillä voimalinjoilla, jotka määrittävät niiden mekaanisen vaikutuksen.

Ajan myötä Faraday vakuuttui magneettisten voimajohtojen fyysisestä todellisuudesta. 1830-luvun loppuun mennessä tiedemies oli jo selvästi tietoinen siitä, että sekä pysyvien magneettien että virranjohtimien energia oli jakautunut niitä ympäröivään tilaan, joka oli täynnä magneettisia voimalinjoja. Elokuussa 1831 tutkijalle onnistui saamaan magneettisuutta sähkövirran tuottamiseksi.

Laite koostui rautarenkaasta, jonka päällä oli kaksi vastakkaisia ​​käämejä. Ensimmäinen käämi voidaan oikosulkea sähköakkuun ja toinen liitettiin johtimeen, joka oli sijoitettu magneettisen kompassin nuolen yläpuolelle. Kun tasavirta virtaa ensimmäisen kelan johtimen läpi, nuoli ei muuttanut asemaansa, vaan alkoi heilahtaa sen sammutettaessa ja kytkettäessä päälle.

Faraday päätyi siihen johtopäätökseen, että näinä hetkinä toisen käämin lankassa oli sähköisiä impulsseja, jotka liittyivät magneettikenttäviivojen katoamiseen tai esiintymiseen. Hän löysi sen syntyvän sähkömoottorivoiman syynä on muutos magneettikentässä.

Marraskuussa 1857 Faraday kirjoitti kirjeen Skotlannille professori Maxwellille pyynnöstä antaa matemaattinen muoto sähkömagneettisuuden tiedolle. Maxwell täytti pyynnön. Sähkömagneettisen kentän käsite löysi muistoissaan paikan vuonna 1864.

Maxwell esitteli termin "kenttä" viittaamaan sen avaruuden osaan, joka ympäröi ja sisältää ruumiit, jotka ovat magneettisessa tai sähköisessä tilassa, ja hän painotti, että tämä tila itsessään voi olla tyhjä ja täynnä ehdottoman kaikenlaista ainetta, mutta kentällä on silti paikka.

Vuonna 1873 Maxwell julkaisi tutkielman sähköstä ja magnetismista, jossa hän esitteli yhtälöjärjestelmän, jossa yhdistyvät sähkömagneettiset ilmiöt. Hän antoi heille nimen sähkömagneettisen kentän yleisistä yhtälöistä, ja tähän päivään asti niitä kutsutaan Maxwellin yhtälöiksi. Maxwellin teorian mukaan magnetismi on erityinen tyyppi vuorovaikutus sähkövirtojen välillä. Tämä on perusta, jolle kaikki magnetismiin liittyvät teoreettiset ja kokeelliset teokset rakennetaan.

Lue myös tästä aiheesta:Induktorit ja magneettikentät