Mágnesesség - Thalestől Maxwellig

Ezer évvel az elektromos jelenségek első megfigyelése előtt az emberiség már felhalmozódott a mágnesesség ismerete. És csak négyszáz évvel ezelőtt, amikor a fizika mint tudomány kialakulása még csak megkezdődött, a kutatók elválasztották az anyagok mágneses tulajdonságait elektromos tulajdonságaiktól, és csak ezután kezdték el őket önállóan tanulmányozni. Ez lefektette a kísérleti és elméleti alapot, amely a 19. század közepére vált az e alapjáulaz elektromos és mágneses jelenségek elmélete.

Úgy tűnik, hogy a mágneses vasérc szokatlan tulajdonságai már a bronzkorban ismertek meg Mezopotámiában. A vaskohászat fejlesztésének megkezdése után az emberek észrevették, hogy ez vonzza a vastermékeket. Az ókori görög filozófus és Thales Miletus városából (Kr. E. 640–546) szintén gondolkodott ezen vonzás okain, ezt a vonzerőt az ásvány animációjával magyarázta.

A görög gondolkodók elképzelték, hogy a láthatatlan párok beborítják a magnitet és a vasat, hogyan vonzzák ezek a párok anyagokat egymáshoz. A szó "Magnet" megtörténhet a Kis-Ázsiában található Magnesia-u-Sipila város neve, amely közelében a mágnesek feküdtek. Az egyik legenda szerint Magnis juhászkutya valamivel megjelenik a juhokkal a szikla mellett, amely a személyzetének vashegyét és csizmáját húzta rá.

Az ősi kínai "Liu Mester tavaszi és őszi nyilvántartása" (ie BC. 240) című beszámolójában megemlítik, hogy a magnetit vonzza a vasat magához. Száz év elteltével a kínai megjegyezte, hogy a magnetit nem vonzza a réz vagy a kerámiát. A 7-8. Században észrevették, hogy a mágneses vastű szabadon felfüggesztve az Északi Csillag felé fordul.

Tehát a 11. század második felére Kína megkezdett tengeri iránytűk gyártását, amelyeket az európai tengerészek csak száz évvel a kínaiak után tanultak. Aztán a kínaiak már felfedezték, hogy a mágneses tű eltolhat az északi keleti irányba, és így felfedezte a mágneses deklinációt, megelőzve ebben az európai tengerészeket, akik csak a 15. században jutottak erre a következtetésre.

Európában a természetes mágnesek tulajdonságait elsőként a francia filozófus, Pierre de Maricourt írta le, aki 1269-ben a szicíliai Anjou-király hadseregében szolgált. Az egyik olasz város ostromja során Picardie-nak küldött egy barátjának egy dokumentumot, amely a tudomány történetében eljutott „Levél egy mágnesről” néven, ahol a mágneses vasérckel végzett kísérleteiről beszélt.

Marikur megjegyezte, hogy bármelyik magnetitdarabban két terület van, amelyek különösen erősen vonzzák a vasat. Észrevette, hogy ez hasonlít az égi gömb pólusaihoz, ezért kölcsönvette a nevüket, hogy megjelöljék a maximális mágneses erő területeit. Innentől kezdve a mágnesoszlopoknak hívták a déli és az északi mágneses pólusokat.

Marikur írta, hogy ha bármelyik magnetit darabot két részre bontja, akkor minden egyes pólusnak megvannak a saját pólusai.

Marikur először kapcsolta össze a mágneses pólusok visszatükröződését és vonzódását az ellenkező (déli és északi), vagy azonos nevű pólusok kölcsönhatásával. Marikur jogosan tekinthető az európai kísérleti tudományos iskola úttörőjének, mágneses megjegyzéseit több tucat listában reprodukálták, és a nyomtatás megjelenésével kiadták brosúra formájában. Sok természettudós idézte őket a 17. századig.

Marikura nehézségekkel is jól ismert volt az angol természettudós, tudós és orvos, William Hilbert mellett. 1600-ban kiadta a Mágnes, mágneses testek és a Nagy mágnes - a Föld című munkát.Ebben a munkában Hilbert a természetes mágneses anyagok és a mágneses vas tulajdonságairól az akkoriban ismertetett összes információra hivatkozott, és leírta saját mágneses golyóval végzett kísérleteit is, amelyben a földi mágnesesség modelljét reprodukálta.

Konkrétan azt állapította meg, hogy a "kis föld" mindkét pólusánál az iránytű tűje merőlegesen forog a felületére, párhuzamosan az egyenlítőn van felszerelve, és a szélességi szélesség közepén köztes helyzetbe van forgatva. Ilyen módon Hilbert képes volt szimulálni a mágneses dőlést, amely Európában több mint 50 éve volt ismert (1544-ben Georg Hartman, a nürnbergi szerelő ismertette).

Hilbert reprodukálta a geomágneses deklinációt is, amelyet nem a gömb tökéletesen sima felületének tulajdonított, hanem bolygós léptékben ezt a hatást a kontinensek közötti vonzással magyarázta. Felfedezte, hogy mennyi meleg vas veszíti el mágneses tulajdonságait, és lehűtve helyreállítja azokat. Végül Hilbert volt az első, aki világosan megkülönböztette a mágnes vonzódása és a gyapjúval dörzsölt borostyán vonzerejét, amelyet elektromos erőnek neveztek. Ez egy igazán innovatív munka volt, amelyet mind a kortársak, mind az leszármazottak értékeltek. Hilbert rájött, hogy a Földet joggal tekintik "nagy mágnesnek".

A 19. század elejéig a mágnesesség tudománya kevés előrelépést tett. 1640-ben Benedetto Castelli, a Galileo hallgatója elmagyarázta a magnetit vonzerejét a sok nagyon kis mágneses részecskével, amelyek azt alkotják.

1778-ban Sebald Brugmans, Hollandiában született, észrevette, hogy a bizmut és az antimon visszaszorítja a mágneses tű pólusait. Ez volt az első példa egy fizikai jelenségre, amelyet Faraday később hívna. diamágnesség.

Charles-Augustin Coulomb 1785-ben a torziós mérleg pontos mérése révén ezt bizonyította a mágneses pólusok kölcsönhatásának ereje fordítottan arányos a pólusok közötti távolság négyzetével - pontosan olyan pontos, mint az elektromos töltések kölcsönhatása.

1813 óta az Oersted dán fizikus szorgalmasan megkísérelte kísérletezni a villamos energia és a mágnesesség közötti kapcsolatot. A kutató iránytűket használt indikátorokként, de hosszú ideig nem érte el a célt, mert arra számított, hogy a mágneses erő párhuzamos az árammal, és az elektromos vezetéket derékszögben helyezte az iránytű tűjéhez. A nyíl nem reagált az áram előfordulására.

1820 tavaszán, az egyik előadás során Oersted a nyíllal párhuzamosan húzta a huzalt, és nem világos, mi vezetett ehhez az ötlethez. Így a nyíl megfordult. Valamilyen okból Oersted néhány hónapra leállította a kísérleteket, majd visszatért hozzájuk, és rájött, hogy "az elektromos áram mágneses hatása az áramot körülvevő körök mentén irányul".

A következtetés paradox volt, mivel korábban a forgó erők nem jelentek meg sem a mechanikában, sem a fizikában. Oersted egy cikket írt, ahol felvázolta megállapításait, és soha többé nem foglalkozott az elektromágnesességgel.

Ugyanezen év őszén Andre-Marie Ampère francia kezdte a kísérleteket. Mindenekelőtt, miután megismételte és megerősítette Oersted eredményeit és következtetéseit, október elején felfedezte a vezetők vonzódását, ha a benne lévő áramok azonos módon vannak irányítva, és a visszatükröződést, ha az áramok ellentétesek.

Ampère megvizsgálta a nem párhuzamos vezetők és az áram közötti kölcsönhatást is, majd ezt egy késõbbi képlettel írta le Ampere törvénye. A tudós azt is kimutatta, hogy az árammal tekercselt huzalok egy mágneses mező hatására forognak, ahogy az iránytűvel történik.

Végül előterjesztette a molekuláris áramok hipotézisét, miszerint a mágnesezett anyagokban folyamatos mikroszkopikus köráramok vannak egymással párhuzamosan, amelyek az anyagok mágneses hatását idézik elő.

Ugyanakkor Bio és Savard közösen fejlesztettek ki egy matematikai képletet, amely lehetővé teszi a DC mágneses mező intenzitásának kiszámítását.

Így 1821 végére Michael Faraday, aki már Londonban dolgozik, elkészített egy készüléket, amelyben az áramvezető vezető egy mágnes körül forogott, egy másik mágnes egy másik vezető körül.

Faraday javasolta, hogy mind a mágnest, mind a huzalt koncentrikus erővonalak fedik be, amelyek meghatározzák azok mechanikus hatását.

Az idő múlásával Faraday meggyőződött a mágneses erővonalak fizikai valóságáról. Az 1830-as évek végére a tudós már egyértelműen tudta, hogy mind az állandó mágnesek, mind az áramvezetők energiája eloszlik a körülvevő térben, amelyet mágneses erővonalak töltöttek be. 1831 augusztusában a kutatónak sikerült mágnesességet szereznie, hogy villamos áramot generáljon.

Az eszköz egy vasgyűrűből állt, amelyen két ellentétes tekercs található. Az első tekercs rövidre zárható egy elektromos akkumulátorral, a második pedig a mágneses iránytű nyílának feletti vezetőhöz csatlakoztatható. Amikor egyenes áram áramolt az első tekercs huzalán, a nyíl nem változtatta meg helyzetét, hanem be- és kikapcsolásának pillanatában ingadozott.

Faraday arra a következtetésre jutott, hogy ezekben a pillanatokban a második tekercs huzalában elektromos impulzusok voltak a mágneses mező vonalainak eltűnésével vagy előfordulásával. Felfedezte ezt a felmerülő elektromotoros erő oka a mágneses mező megváltozása.

1857 novemberében Faraday levelet írt Skóciának Maxwell professzornak, azzal a kéréssel, hogy adjon matematikai formát az elektromágnesesség ismeretéhez. Maxwell teljesítette a kérést. Az elektromágneses mező fogalma 1864-ben helyet talált emlékirataiban.

Maxwell a „mező” kifejezést a tér azon részére utalta, amely körülveszi és magában foglalja a testet, és amely mágneses vagy elektromos állapotban van. a hely.

1873-ban Maxwell közzétett egy traktátát az elektromosságról és a mágnesességről, ahol bevezetett egy egyenletrendszert, amely ötvözi az elektromágneses jelenségeket. Megnevezte nekik az elektromágneses mező általános egyenleteit, és manapság ezeket Maxwell-egyenleteknek nevezik. Maxwell elmélete szerint A mágnesesség az elektromos áramok kölcsönhatásának speciális fajtája. Ez az az alap, amelyre építik a mágnesességgel kapcsolatos összes elméleti és kísérleti munkát.

Olvassa el a témát is:Induktorok és mágneses mezők