Magnetismus - Von Thales bis Maxwell

Tausend Jahre vor den ersten Beobachtungen elektrischer Phänomene hat die Menschheit bereits begonnen, sich anzusammeln Kenntnis des Magnetismus. Und erst vor vierhundert Jahren, als die Entstehung der Physik als Wissenschaft gerade erst begann, trennten die Forscher die magnetischen Eigenschaften von Substanzen von ihren elektrischen Eigenschaften und begannen erst danach, sie unabhängig zu untersuchen. Dies legte den experimentellen und theoretischen Grundstein, der Mitte des 19. Jahrhunderts zum Fundament von e wurdeTheorie elektrischer und magnetischer Phänomene.

Es scheint, dass die ungewöhnlichen Eigenschaften von magnetischem Eisenerz bereits in der Bronzezeit in Mesopotamien bekannt waren. Und nach dem Beginn der Entwicklung der Eisenmetallurgie bemerkten die Menschen, dass sie Eisenprodukte anzieht. Der antike griechische Philosoph und Mathematiker Thales aus der Stadt Milet (640–546 v. Chr.) Dachte ebenfalls über die Gründe für diese Attraktion nach und schrieb diese Attraktion der Animation des Minerals zu.

Griechische Denker stellten sich vor, wie unsichtbare Paare Magnetit und Eisen umhüllen und wie diese Paare Substanzen aneinander ziehen. Wort "Magnet" es könnte der Name der Stadt Magnesia-u-Sipila in Kleinasien vorkommen, in deren Nähe Magnetit lag. Eine der Legenden besagt, dass der Hirte Magnis irgendwie mit seinen Schafen neben dem Felsen aufgetaucht ist, der ihm die eiserne Spitze seines Stabes und die Stiefel gezogen hat.

In der alten chinesischen Abhandlung "Frühlings- und Herbstaufzeichnungen von Meister Liu" (240 v. Chr.) Wird die Eigenschaft von Magnetit erwähnt, Eisen an sich zu ziehen. Nach hundert Jahren stellten die Chinesen fest, dass Magnetit weder Kupfer noch Keramik anzieht. Im 7. und 8. Jahrhundert stellten sie fest, dass sich eine magnetisch aufgehängte Eisennadel, die frei aufgehängt ist, dem Nordstern zuwendet.

In der zweiten Hälfte des 11. Jahrhunderts begann China mit der Herstellung von Marinekompassen, die europäische Seeleute nur hundert Jahre nach den Chinesen beherrschten. Dann haben die Chinesen bereits die Fähigkeit einer magnetisierten Nadel entdeckt, in Richtung Osten des Nordens abzuweichen, und damit die magnetische Deklination vor den europäischen Seeleuten entdeckt, die erst im 15. Jahrhundert zu genau dieser Schlussfolgerung kamen.

In Europa war der Philosoph aus Frankreich, Pierre de Maricourt, der 1269 in der Armee des sizilianischen Königs Karl von Anjou diente, der erste, der die Eigenschaften natürlicher Magnete beschrieb. Während der Belagerung einer der italienischen Städte sandte er einen Freund in die Picardie, ein Dokument, das unter dem Namen „Brief über einen Magneten“ in die Geschichte der Wissenschaft einging, in dem er über seine Experimente mit magnetischem Eisenerz sprach.

Marikur bemerkte, dass es in jedem Stück Magnetit zwei Bereiche gibt, die Eisen besonders stark anziehen. Er bemerkte in dieser Ähnlichkeit mit den Polen der Himmelskugel, also borgte er ihre Namen aus, um die Bereiche maximaler Magnetkraft zu bezeichnen. Von da an begann die Tradition, die Pole der Magnete die Süd- und Nordmagnetpole zu nennen.

Marikur schrieb, wenn Sie ein Stück Magnetit in zwei Teile zerbrechen, hat jeder Pol seine eigenen Pole.

Marikur verband zum ersten Mal die Wirkung der Abstoßung und Anziehung von Magnetpolen mit der Wechselwirkung von entgegengesetzten (Süd und Nord) oder gleichnamigen Polen. Marikur gilt zu Recht als Pionier der europäischen experimentellen wissenschaftlichen Schule. Seine Notizen zum Magnetismus wurden in Dutzenden von Listen wiedergegeben und mit dem Aufkommen des Drucks in Form einer Broschüre veröffentlicht. Sie wurden von vielen Naturforschern bis zum 17. Jahrhundert zitiert.

Mit Schwierigkeiten war Marikura auch mit dem englischen Naturforscher, Wissenschaftler und Arzt William Hilbert gut vertraut. 1600 veröffentlichte er die Arbeit "Auf einem Magneten, Magnetkörpern und einem großen Magneten - der Erde".In dieser Arbeit zitierte Hilbert alle damals bekannten Informationen über die Eigenschaften natürlicher magnetischer Materialien und magnetisierten Eisens und beschrieb auch seine eigenen Experimente mit einer Magnetkugel, in denen er das Modell des Erdmagnetismus reproduzierte.

Insbesondere stellte er experimentell fest, dass sich die Kompassnadel an beiden Polen der "kleinen Erde" senkrecht zu ihrer Oberfläche dreht, parallel am Äquator installiert ist und sich in mittleren Breiten in eine Zwischenposition dreht. Auf diese Weise konnte Hilbert die seit mehr als 50 Jahren in Europa bekannte magnetische Neigung simulieren (1544 wurde sie von George Hartmann, einem Mechaniker aus Nürnberg, beschrieben).

Hilbert reproduzierte auch die geomagnetische Deklination, die er nicht der perfekt glatten Oberfläche des Balls zuschrieb, sondern auf planetarischer Ebene diesen Effekt durch Anziehung zwischen den Kontinenten erklärte. Er entdeckte, wie viel heißes Eisen seine magnetischen Eigenschaften verliert und stellt sie beim Abkühlen wieder her. Schließlich war Hilbert der erste, der klar zwischen der Anziehungskraft eines Magneten und der Anziehungskraft von mit Wolle geriebenem Bernstein unterschied, den er elektrische Kraft nannte. Es war ein wirklich innovatives Werk, das sowohl von Zeitgenossen als auch von Nachkommen geschätzt wurde. Hilbert entdeckte, dass die Erde zu Recht als "großer Magnet" betrachtet werden würde.

Bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts kam die Wissenschaft des Magnetismus kaum voran. Benedetto Castelli, ein Schüler von Galileo, erklärte 1640 die Anziehungskraft von Magnetit mit den vielen sehr kleinen Magnetpartikeln, aus denen es besteht.

Der aus Holland stammende Sebald Brugmans bemerkte 1778, wie Wismut und Antimon die Pole einer Magnetnadel abstießen. Dies war das erste Beispiel für ein physikalisches Phänomen, das Faraday später nennen würde Diamagnetismus.

Charles-Augustin Coulomb im Jahr 1785 bewies dies durch genaue Messungen an einer Torsionswaage Die Wechselwirkungskraft der Magnetpole untereinander ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen den Polen - so genau wie die Wechselwirkungskraft elektrischer Ladungen.

Seit 1813 versucht der dänische Physiker Oersted fleißig, den Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus experimentell herzustellen. Der Forscher verwendete Kompasse als Indikatoren, konnte das Ziel jedoch lange Zeit nicht erreichen, da er erwartete, dass die Magnetkraft parallel zum Strom verläuft, und platzierte den elektrischen Draht im rechten Winkel zur Kompassnadel. Der Pfeil reagierte nicht auf das Auftreten von Strom.

Im Frühjahr 1820 zog Oersted während einer der Vorlesungen den Draht parallel zum Pfeil, und es ist nicht klar, was ihn zu dieser Idee führte. Und so schwang der Pfeil. Aus irgendeinem Grund stoppte Oersted die Experimente für einige Monate, woraufhin er zu ihnen zurückkehrte und feststellte, dass "der magnetische Effekt des elektrischen Stroms entlang der diesen Strom umgebenden Kreise gerichtet ist".

Die Schlussfolgerung war paradox, da sich rotierende Kräfte zuvor weder in der Mechanik noch anderswo in der Physik manifestierten. Oersted schrieb einen Artikel, in dem er seine Ergebnisse darlegte und sich nie mehr mit Elektromagnetismus beschäftigte.

Im Herbst desselben Jahres begann der Franzose Andre-Marie Ampère mit Experimenten. Nachdem er die Ergebnisse und Schlussfolgerungen von Oersted wiederholt und bestätigt hatte, entdeckte er Anfang Oktober in erster Linie die Anziehungskraft von Leitern, wenn die Ströme in ihnen auf die gleiche Weise gerichtet sind, und die Abstoßung, wenn die Ströme entgegengesetzt sind.

Ampère untersuchte auch die Wechselwirkung zwischen nicht parallelen Leitern mit Strom, woraufhin er sie mit einer später genannten Formel beschrieb Ampere Gesetz. Der Wissenschaftler zeigte auch, dass sich die gewickelten Drähte mit Strom unter dem Einfluss eines Magnetfelds drehen, wie dies bei der Kompassnadel der Fall ist.

Schließlich stellte er die Hypothese molekularer Ströme auf, wonach im Inneren der magnetisierten Materialien kontinuierliche mikroskopische Kreisströme parallel zueinander sind, die die magnetische Wirkung der Materialien verursachen.

Gleichzeitig entwickelten Bio und Savard gemeinsam eine mathematische Formel, mit der die Intensität des Gleichstrommagnetfelds berechnet werden kann.

Und so stellte Michael Faraday, der bereits in London arbeitete, Ende 1821 ein Gerät her, bei dem sich ein Stromleiter um einen Magneten und ein anderer Magnet um einen anderen Leiter drehte.

Faraday schlug vor, dass sowohl der Magnet als auch der Draht in konzentrische Kraftlinien gehüllt sind, die ihre mechanische Wirkung bestimmen.

Im Laufe der Zeit wurde Faraday von der physikalischen Realität magnetischer Kraftlinien überzeugt. Bereits Ende der 1830er Jahre war dem Wissenschaftler klar, dass die Energie sowohl von Permanentmagneten als auch von Stromleitern in dem sie umgebenden Raum verteilt war, der mit magnetischen Kraftlinien gefüllt war. Im August 1831 an den Forscher schaffte es, Magnetismus zu bekommen, um elektrischen Strom zu erzeugen.

Die Vorrichtung bestand aus einem Eisenring mit zwei gegenüberliegenden Wicklungen. Die erste Wicklung konnte mit einer elektrischen Batterie kurzgeschlossen werden, und die zweite war mit einem Leiter verbunden, der über dem Pfeil des Magnetkompasses angeordnet war. Wenn ein Gleichstrom durch den Draht der ersten Spule floss, änderte der Pfeil seine Position nicht, sondern begann in den Momenten seines Ein- und Ausschaltens zu schwingen.

Faraday schloss daraus, dass zu diesen Zeitpunkten im Draht der zweiten Wicklung elektrische Impulse mit dem Verschwinden oder Auftreten von Magnetfeldlinien verbunden waren. Er machte die Entdeckung, dass Die Ursache für die entstehende elektromotorische Kraft ist eine Änderung des Magnetfeldes.

Im November 1857 schrieb Faraday einen Brief an Professor Maxwell nach Schottland mit der Bitte, dem Wissen über Elektromagnetismus eine mathematische Form zu geben. Maxwell erfüllte die Anfrage. Das Konzept des elektromagnetischen Feldes fand 1864 einen Platz in seinen Memoiren.

Maxwell führte den Begriff „Feld“ ein, um sich auf den Teil des Raums zu beziehen, der Körper umgibt und enthält, die sich in einem magnetischen oder elektrischen Zustand befinden, und er betonte, dass dieser Raum selbst leer und mit absolut jeder Art von Materie gefüllt sein kann, das Feld aber immer noch haben wird der Ort.

1873 veröffentlichte Maxwell die Abhandlung über Elektrizität und Magnetismus, in der er ein Gleichungssystem einführte, das elektromagnetische Phänomene kombiniert. Er gab ihnen den Namen der allgemeinen Gleichungen des elektromagnetischen Feldes, und bis heute heißen sie Maxwells Gleichungen. Nach Maxwells Theorie Magnetismus ist eine besondere Art der Wechselwirkung zwischen elektrischen Strömen. Dies ist die Grundlage, auf der alle theoretischen und experimentellen Arbeiten zum Thema Magnetismus aufbauen.

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