Magnetisme - Dari Thales ke Maxwell

Seribu tahun sebelum pemerhatian pertama mengenai fenomena elektrik, manusia telah mula berkumpul pengetahuan tentang kemagnetan. Dan hanya empat ratus tahun yang lalu, apabila pembentukan fizik sebagai sains baru bermula, para penyelidik memisahkan sifat-sifat magnet dari bahan-bahan dari sifat elektrik mereka, dan hanya selepas itu mereka mula mengkaji mereka secara bebas. Ini meletakkan asas eksperimen dan teori, yang menjadi asas e pada pertengahan abad ke-19teori fenomena elektrik dan magnetik.

Nampaknya sifat-sifat yang luar biasa bijih besi magnet dikenali sebagai Zaman Gangsa di Mesopotamia. Dan selepas permulaan pembangunan metalurgi besi, orang mendapati bahawa ia menarik produk besi. Ahli falsafah Yunani purba dan ahli matematik Thales dari bandar Miletus (640-546 SM) juga berfikir tentang sebab-sebab tarikan ini, dia menyifatkan tarikan ini kepada animasi mineral.

Pemikir Yunani membayangkan bagaimana pasangan yang tidak kelihatan menyelubungi magnetit dan besi, bagaimana pasangan ini menarik zat antara satu sama lain. Perkataan itu "Magnet" ia boleh berlaku nama bandar Magnesia-u-Sipila di Asia Minor, berhampiran magnetit yang terletak. Salah satu legenda mengatakan bahawa gembala Magnis entah bagaimana muncul dengan domba-dombanya di sebelah batu, yang menarik hujung besi dari kakitangannya dan but padanya.

Dalam risalah Cina purba "Rekod Musim Bunga dan Musim Luruh Master Liu" (240 SM), harta magnetit untuk menarik zat besi itu sendiri disebutkan. Seratus tahun kemudian, orang Cina menyatakan bahawa magnetit tidak menarik tembaga atau seramik. Dalam abad ke-7 hingga 8, mereka mendapati bahawa jarum besi magnetik, yang digantung secara bebas, beralih ke arah Bintang Utara.

Jadi pada paruh kedua abad ke-11, kompas laut mula dibuat di China, yang para pelaut Eropah menguasai hanya seratus tahun selepas orang Cina. Kemudian orang Cina telah menemui keupayaan jarum magnetis untuk menyimpang ke arah timur utara, dan dengan itu menemui deklinasi magnet, di hadapan pelayar Eropah dalam hal ini, yang sampai pada kesimpulan itu hanya pada abad ke-15.

Di Eropah, yang pertama menggambarkan sifat magnet semula jadi ialah ahli falsafah dari Perancis, Pierre de Maricourt, yang pada tahun 1269 berkhidmat dalam tentera raja Sicily, Charles dari Anjou. Semasa pengepungan salah sebuah bandar raya di Itali, beliau menghantar seorang kawan kepada Picardy sebuah dokumen yang dibawah sejarah sains di bawah nama "Surat tentang magnet", di mana beliau bercakap tentang eksperimennya dengan bijih besi magnetik.

Marikur menyatakan bahawa dalam mana-mana magnetit terdapat dua kawasan yang menarik zat besi dengan kuat. Dia perhatikan dalam persamaan ini dengan tiang-tiang sfera langit, maka dia meminjam nama mereka untuk menunjukkan bidang kekuatan magnet maksimum. Dari sana tradisi itu mula memanggil tiang magnet magnet kutub selatan dan utara.

Marikur menulis bahawa jika anda memecahkan sekeping magnetit menjadi dua bahagian, maka setiap serpihan akan mempunyai kutubnya sendiri.

Marikur buat kali pertama menyambungkan kesan penolakan dan tarikan tiang magnet dengan interaksi bertentangan (selatan dan utara), atau tiang dengan nama yang sama. Marikur dianggap sebagai perintis sekolah sains eksperimen di Eropah, nota-nota tentang kemagnetan diterbitkan semula dalam berpuluh-puluh senarai, dan dengan adanya percetakan, mereka diterbitkan dalam bentuk risalah. Mereka disebut oleh banyak naturalis sehingga abad ke-17.

Dengan kesukaran, Marikura juga berkenalan dengan ahli naturalis, saintis dan pakar perubatan Inggeris, William Hilbert. Pada tahun 1600, beliau menerbitkan karya "Pada magnet, badan magnet dan magnet besar - Bumi."Dalam karya ini, Hilbert memetik semua maklumat yang diketahui pada masa itu mengenai sifat-sifat bahan magnetik semulajadi dan besi magnetik, dan juga menggambarkan eksperimennya sendiri dengan bola magnetik, di mana dia meniru model magnetisme daratan.

Khususnya, dia secara eksperimen membuktikan bahawa di kedua-dua tiang "bumi kecil" jarum kompas berputar tegak lurus ke permukaannya, ia dipasang di khatulistiwa secara selari, dan pada latitud tengah diputar ke kedudukan pertengahan. Dengan cara ini, Hilbert dapat meniru kecenderungan magnetik, yang dikenali di Eropah selama lebih daripada 50 tahun (pada tahun 1544 ia digambarkan oleh George Hartmann, seorang mekanik dari Nuremberg).

Hilbert juga menerbitkan semula dekomposisi geomagnetik, yang dia bukankan permukaan bola yang sangat lancar, tetapi pada skala planet dia menjelaskan kesan ini dengan tarikan di antara benua. Dia mendapati betapa kuatnya besi yang dipanaskan kehilangan sifat magnetnya, dan apabila disejukkan, mengembalikannya. Akhirnya, Hilbert adalah yang pertama membezakan dengan jelas antara tarikan magnet dan tarikan amber yang disapu dengan bulu, yang dipanggil tenaga elektrik. Ini adalah kerja yang benar-benar inovatif, dihargai oleh kedua-dua sezaman dan keturunan. Hilbert mendapati bahawa Bumi akan dianggap sebagai "magnet besar."

Sehingga awal permulaan abad ke-19, sains daya tarikan maju sangat sedikit. Pada tahun 1640, Benedetto Castelli, pelajar Galileo, menjelaskan tarikan magnetit dengan banyak zarah magnet yang sangat kecil yang membentuknya.

Pada tahun 1778, Sebald Brugmans, yang berasal dari Belanda, menyedari betapa bismut dan antimoni menangkis kutub jarum magnet, yang merupakan contoh pertama fenomena fizikal yang Faraday kemudian akan menelpon diamagnetisme.

Charles-Augustin Coulomb pada tahun 1785, melalui pengukuran yang tepat pada keseimbangan kilasan, membuktikannya daya interaksi kutub magnet antara satu sama lain adalah berkadar songsang dengan kuadrat jarak antara tiang - tepat seperti daya interaksi caj elektrik.

Sejak tahun 1813, ahli fizik Denmark Oersted telah berusaha gigih untuk membuat eksperimen menjalin hubungan antara elektrik dan daya tarikan. Penyelidik menggunakan kompas sebagai petunjuk, tetapi untuk jangka masa yang panjang dia tidak dapat mencapai matlamat, kerana dia menjangka daya magnetnya selari dengan arus, dan meletakkan wayar elektrik pada sudut tepat ke jarum kompas. Anak panah tidak bertindak balas terhadap kejadian semasa.

Pada musim bunga tahun 1820, semasa salah satu kuliah, Oersted menarik wayar selari dengan anak panah, dan tidak jelas apa yang menyebabkan dia untuk idea ini. Dan anak panah itu mengayunkan. Lebih kurang untuk beberapa sebab berhenti eksperimen selama beberapa bulan, selepas itu dia kembali kepada mereka dan menyadari bahawa "kesan magnet arus elektrik diarahkan di sepanjang bulatan yang mengelilingi arus ini."

Kesimpulannya adalah paradoks, kerana sebelum ini, kuasa berputar tidak menunjukkan diri mereka sama ada dalam mekanik atau di tempat lain dalam fizik. Oersted menulis artikel di mana dia menggariskan penemuannya, dan tidak pernah terlibat dalam elektromagnetisme lagi.

Pada musim gugur tahun yang sama, orang Perancis, Andre-Marie Ampère memulakan eksperimen. Pertama dan terpenting, setelah mengulangi dan mengesahkan keputusan dan kesimpulan Oersted, pada awal Oktober ia menemui daya tarikan konduktor jika arus di dalamnya diarahkan dengan cara yang sama, dan penolakan jika arus berlawanan.

Ampère juga mengkaji interaksi antara konduktor bukan selari dengan arus, selepas itu ia menerangkannya dengan formula yang dipanggil kemudian Undang-undang Ampere. Saintis juga menunjukkan bahawa wayar bergelung dengan putaran semasa di bawah pengaruh medan magnet, seperti yang berlaku dengan jarum kompas.

Akhirnya, dia mengemukakan hipotesis arus molekul, mengikut mana di dalam bahan magnet terdapat arus pekeliling mikroskopik berterusan selari antara satu sama lain, yang menyebabkan tindakan magnet bahan-bahan.

Pada masa yang sama, Bio dan Savard bersama-sama menghasilkan formula matematik yang membolehkan pengiraan keamatan medan magnet DC.

Oleh itu, menjelang akhir tahun 1821, Michael Faraday, yang sudah bekerja di London, membuat peranti di mana konduktor semasa berputar di sekitar magnet, dan magnet lain diputar di sekitar konduktor lain.

Faraday mencadangkan bahawa kedua-dua magnet dan dawai diselubungi dengan garis-garis kekuatan sepusat, yang menentukan kesan mekanikalnya.

Lama kelamaan, Faraday menjadi yakin tentang realiti fizikal garis magnetik. Menjelang akhir tahun 1830-an, ahli sains sudah sedar bahawa tenaga kedua-dua magnet tetap dan konduktor semasa diedarkan di ruang sekitar mereka, yang dipenuhi dengan garis-garis magnetik. Pada bulan Ogos 1831 kepada penyelidik berjaya mendapatkan magnet untuk menjana arus elektrik.

Peranti ini terdiri daripada cincin besi dengan dua lilitan berlawanan yang terletak di atasnya. Penggulungan pertama boleh dipendekkan ke bateri elektrik, dan yang kedua disambungkan kepada konduktor yang diletakkan di atas anak panah kompas magnetik. Apabila arus terus mengalir melalui dawai gegelung yang pertama, anak panah tidak mengubah kedudukannya, tetapi mula berayun pada saat-saat penukaran dan seterusnya.

Faraday membuat kesimpulan bahawa pada saat-saat ini dalam kawat penggulungan kedua terdapat impuls elektrik yang berkaitan dengan kehilangan atau penampilan garis medan magnet. Dia membuat penemuan itu punca kuasa elektromotif yang muncul adalah perubahan dalam medan magnet.

Pada bulan November 1857, Faraday menulis surat kepada Scotland kepada Profesor Maxwell dengan permintaan untuk memberi bentuk matematik kepada pengetahuan tentang elektromagnetisme. Maxwell memenuhi permintaan itu. Konsep bidang elektromagnet mendapati sebuah tempat pada tahun 1864 dalam memoirnya.

Maxwell memperkenalkan istilah "medan" untuk merujuk kepada bahagian ruang yang mengelilingi dan mengandungi badan-badan yang berada dalam keadaan magnet atau elektrik, dan beliau menekankan bahawa ruang ini sendiri boleh kosong dan dipenuhi dengan apa-apa jenis perkara, tetapi bidang itu masih akan mempunyai tempat itu.

Pada tahun 1873, Maxwell menerbitkan The Treatise on Electricity and Magnetism, di mana beliau memperkenalkan sistem persamaan yang menggabungkan fenomena elektromagnetik. Beliau memberi mereka nama persamaan umum medan elektromagnetik, dan hingga ke hari ini mereka dipanggil persamaan Maxwell. Menurut teori Maxwell daya tarikan adalah jenis interaksi khas antara arus elektrik. Ini adalah asas di mana semua kerja teori dan eksperimen yang berkaitan dengan kemagnetan dibina.

Baca juga mengenai topik ini:Induktor dan medan magnet