Magnetisme - Fra Thales til Maxwell

Tusen år før de første observasjonene av elektriske fenomener, har menneskeheten allerede begynt å samle seg kunnskap om magnetisme. Og bare for fire hundre år siden, da dannelsen av fysikk som vitenskap akkurat var begynt, skilte forskere de magnetiske egenskapene til substanser fra deres elektriske egenskaper, og først etter det begynte de å studere dem uavhengig. Dette la det eksperimentelle og teoretiske grunnlaget, som ble grunnlaget for e ved midten av 1800-talletteori om elektriske og magnetiske fenomener.

Det virker som om de uvanlige egenskapene til magnetisk jernmalm var kjent så langt tilbake som bronsealderen i Mesopotamia. Og etter begynnelsen av utviklingen av jernmetallurgi, la folk merke til at det tiltrekker seg jernprodukter. Den eldgamle greske filosofen og matematikeren Thales fra byen Miletus (640-546 f.Kr.) tenkte også på grunnene til denne attraksjonen, han tilskrev denne attraksjonen til animasjonen av mineralet.

Greske tenkere forestilte seg hvordan usynlige par omslutter magnetitt og jern, hvordan disse parene tiltrekker seg stoffer til hverandre. Ordet "Magnet" det kan skje navnet på byen Magnesia-u-Sipila i Lilleasia, i nærheten som magnetitten lå. En av legendene forteller at hyrden Magnis på en eller annen måte dukket opp med sauene sine ved siden av berget, som trakk jernspissen av staben og støvlene til ham.

I den eldgamle kinesiske avhandlingen "Spring and Autumn Records of Master Liu" (240 f.Kr.) nevnes magnetittens eiendom for å tiltrekke seg jern til seg selv. Etter hundre år bemerket kineserne at magnetitt ikke tiltrekker kobber eller keramikk. I løpet av 7-800-tallet merket de at en magnetisert jernnål, som fritt er hengende, svinger mot Nordstjernen.

Så, i løpet av andre halvdel av 1000-tallet, begynte Kina å produsere marine kompass, som europeiske seilere mestret bare hundre år etter kineserne. Da har kineserne allerede oppdaget evnen til en magnetisert nål til å avvike i retning øst for nord, og dermed oppdaget magnetisk deklinering, foran europeiske seilere i dette, som kom til akkurat den konklusjonen først på 1400-tallet.

I Europa var den første som beskrev egenskapene til naturlige magneter filosofen fra Frankrike, Pierre de Maricourt, som i 1269 tjenestegjorde i hæren til den sicilianske kongen Charles av Anjou. Under beleiringen av en av de italienske byene sendte han en venn til Picardy et dokument som gikk ned i vitenskapshistorien under navnet "Brev om en magnet", der han snakket om eksperimentene sine med magnetisk jernmalm.

Marikur bemerket at i ethvert stykke magnetitt er det to områder som tiltrekker seg jern spesielt sterkt. Han la merke til i denne likheten til himmelkulepolene, så han lånte navnene deres for å betegne områdene med maksimal magnetisk kraft. Derfra begynte tradisjonen å kalle magnetpolene de sørlige og nordlige magnetpolene.

Marikur skrev at hvis du bryter noe magnetitt i to deler, så vil hver pol ha sine egne stolper.

For første gang relaterte Marikur effekten av frastøtning og tiltrekning av magnetiske poler med interaksjonen mellom motsatte (sør og nord) eller lignende poler. Marikur er med rette ansett som pioner for den europeiske eksperimentelle vitenskapelige skolen, hans notater om magnetisme ble gjengitt i dusinvis av lister, og med ankomsten av trykking ble de utgitt i form av en brosjyre. De ble sitert av mange naturforskere frem til 1600-tallet.

Med vanskeligheter ble Marikura også godt kjent med den engelske naturforskeren, forskeren og legen William Hilbert. I 1600 ga han ut verket On Magnet, Magnetic Bodies and the Big Magnet - the Earth.I dette arbeidet siterte Hilbert all den informasjonen som den gang var kjent om egenskapene til naturlige magnetiske materialer og magnetisert jern, og beskrev også sine egne eksperimenter med en magnetkule, der han reproduserte modellen for jordmagnetisme.

Spesielt konstaterte han eksperimentelt at ved begge polene i den "lille jord" roterer kompassnålen vinkelrett på overflaten, den er installert parallelt ved ekvator, og ved mellomvidde breddegrader roterer den til en mellomstilling. På denne måten var Hilbert i stand til å simulere den magnetiske helningen, som var kjent i Europa i mer enn 50 år (i 1544 ble den beskrevet av Georg Hartman, en mekaniker fra Nürnberg).

Hilbert reproduserte også den geomagnetiske deklinasjonen, som han ikke tilskrev ballens perfekt glatte overflate, men i planetskala forklarte han denne effekten ved tiltrekning mellom kontinentene. Han oppdaget hvor mye varmt jern som mister magnetiske egenskaper, og gjenoppretter dem når de er avkjølt. Til slutt var Hilbert den første som tydelig skilte mellom tiltrekningen av en magnet og tiltrekningen av rav gnidd med ull, som han kalte elektrisk kraft. Det var et virkelig nyskapende arbeid, verdsatt av både samtidige og etterkommere. Hilbert oppdaget at Jorden med rette ville bli betraktet som en "stor magnet."

Fram til begynnelsen av 1800-tallet avanserte vitenskapen om magnetisme veldig lite. I 1640 forklarte Benedetto Castelli, en student av Galileo, tiltrekningen av magnetitt med de mange veldig små magnetiske partiklene som utgjør den.

I 1778 la Sebald Brugmans, innfødt av Holland, merke til hvordan vismut og antimon avstøtte polene i en magnetisk nål, som var det første eksemplet på et fysisk fenomen som Faraday senere ville kalle diamagnetism.

Charles-Augustin Coulomb i 1785 beviste det gjennom nøyaktige målinger på en torsjonsbalanse interaksjonskraften mellom magnetpolene og hverandre er omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom polene - så nøyaktig som kraften i samspill mellom elektriske ladninger.

Siden 1813 har den danske fysikeren Oersted flittig forsøkt å eksperimentelt etablere forbindelsen mellom elektrisitet og magnetisme. Forskeren brukte kompasser som indikatorer, men i lang tid kunne han ikke nå målet, fordi han forventet at magnetkraften var parallell med strømmen, og plasserte den elektriske ledningen i rett vinkel mot kompassnålen. Pilen reagerte ikke på forekomsten av strøm.

Våren 1820, under et av forelesningene, trakk Oersted ledningen parallelt med pilen, og det er ikke klart hva som førte ham til denne ideen. Og slik svingte pilen. Oersted stoppet av en eller annen grunn eksperimentene i flere måneder, hvoretter han vendte tilbake til dem og innså at "den magnetiske effekten av den elektriske strømmen er rettet langs sirklene som omgir denne strømmen."

Konklusjonen var paradoksal, fordi før roterende krefter ikke manifesterte seg verken i mekanikk eller andre steder i fysikk. Oersted skrev en artikkel der han skisserte funnene sine, og var aldri engasjert i elektromagnetisme lenger.

Høsten samme år begynte franskmannen Andre-Marie Ampère eksperimenter. Først og fremst, etter å ha gjentatt og bekreftet resultatene og konklusjonene fra Oersted, oppdaget han i begynnelsen av oktober attraksjonen til konduktører hvis strømningene i dem er rettet på samme måte, og frastøtning hvis strømningene er motsatte.

Ampère studerte også samspillet mellom ikke-parallelle ledere med strøm, hvoretter han beskrev det med en formel kalt senere Ampere lov. Forskeren viste også at de kveiltrådene med strøm roterer under påvirkning av et magnetfelt, slik som med kompassnålen.

Til slutt la han frem hypotesen om molekylstrømmer, ifølge hvilke inni magnetiserte materialer er det kontinuerlige mikroskopiske sirkulære strømmer parallelt med hverandre, noe som forårsaker magnetisk virkning av materialene.

Samtidig utviklet Bio og Savard i fellesskap en matematisk formel som gjør det mulig å beregne intensiteten til DC magnetfeltet.

I slutten av 1821 laget Michael Faraday, som allerede arbeidet i London, en enhet der en strømførende leder roterte rundt en magnet, og en annen magnet roterte rundt en annen leder.

Faraday antydet at både magneten og ledningen er innhyllet i konsentriske kraftlinjer, som bestemmer deres mekaniske effekt.

Over tid ble Faraday overbevist om den fysiske virkeligheten til magnetiske kraftlinjer. På slutten av 1830-årene var forskeren allerede klar på at energien fra både permanente magneter og strømledere var fordelt i rommet som omgir dem, som var fylt med magnetiske kraftlinjer. I august 1831 til forskeren klarte å få magnetisme til å generere en elektrisk strøm.

Enheten besto av en jernring med to motsatte viklinger plassert på den. Den første viklingen kunne kortsluttes til et elektrisk batteri, og den andre ble koblet til en leder plassert over pilen til det magnetiske kompasset. Når en jevn strøm strømmet gjennom ledningen til den første spolen, endret ikke pilen sin stilling, men begynte å svinge i øyeblikkene når den ble slått av og på.

Faraday konkluderte med at i disse øyeblikkene i ledningen til den andre viklingen var det elektriske impulser forbundet med forsvinningen eller forekomsten av magnetfeltlinjer. Han oppdaget det årsaken til den gryende elektromotoriske kraften er en endring i magnetfeltet.

I november 1857 skrev Faraday et brev til Skottland til professor Maxwell med en forespørsel om å gi en matematisk form til kunnskapen om elektromagnetisme. Maxwell oppfylte forespørselen. Konseptet med elektromagnetisk felt fant et sted i 1864 i hans memoarer.

Maxwell introduserte begrepet "felt" for å referere til den delen av rommet som omgir og inneholder kropper som er i magnetisk eller elektrisk tilstand, og han la vekt på at dette rommet i seg selv kan være tomt og fylt med absolutt enhver form for materie, men feltet vil fremdeles ha stedet.

I 1873 publiserte Maxwell A Treatise on Electricity and Magnetism, hvor han introduserte et system med ligninger som kombinerer elektromagnetiske fenomener. Han ga dem navnet på de generelle likningene for det elektromagnetiske feltet, og til i dag kalles de Maxwell-ligningene. I følge Maxwells teori magnetisme er en spesiell form for interaksjon mellom elektriske strømmer. Dette er grunnlaget som alle teoretiske og eksperimentelle arbeider relatert til magnetisme er bygget på.

Les også om dette emnet:Induktorer og magnetiske felt

Comments

[#1 Vadim]

Magnetisme eller attraksjonen til to objekter er en veldig morsom ting. I barndommen ble kamene ofte gnidd over håret, og dermed magnetisert det og som trakk papirbiter til seg selv. Eller en ibenholts pinne ...

Og med magnetene i seg selv var det generelt interessant å rote rundt. Naturligvis kunne ikke forskere overse dette fenomenet. Det var interessant og lærerikt å lese hendelseshistorien.

[#2 Natalia]

Veldig kult og informativt. Tusen takk, bare på skolen går vi gjennom magnetisme, artikkelen kom godt med: 3