Magnetism - Från Thales till Maxwell

Tusen år innan de första observationerna av elektriska fenomen har mänskligheten redan börjat samlas kunskap om magnetism. Och för bara fyrahundra år sedan, när bildandet av fysik som en vetenskap just började, separerade forskare de magnetiska egenskaperna för ämnen från deras elektriska egenskaper, och först efter det började de studera dem oberoende. Detta lade den experimentella och teoretiska grunden, som blev grunden för e i mitten av 1800-taletteori om elektriska och magnetiska fenomen.

Det verkar som om de ovanliga egenskaperna hos magnetisk järnmalm var kända så långt tillbaka som bronsåldern i Mesopotamia. Och efter början av utvecklingen av järnmetallurgi såg folk att det lockar järnprodukter. Den antika grekiska filosofen och matematikern Thales från staden Miletus (640–546 f.Kr.) tänkte också på orsakerna till denna attraktion, han tillskrev denna attraktion till animeringen av mineralet.

Grekiska tänkare föreställde sig hur osynliga par omsluter magnetit och järn, hur dessa par lockar ämnen till varandra. Ordet "Magnet" det kunde hända namnet på staden Magnesia-u-Sipila i Mindre Asien, nära vilken magnetit låg. En av legenderna säger att herden Magnis på något sätt dök upp med sina får bredvid berget, som drog järnspetsen på hans personal och stövlar till honom.

I den forntida kinesiska avhandlingen "Spring and Autumn Records of Master Liu" (240 f.Kr.) nämns magnetitens egendom för att locka järn till sig själv. Efter hundra år noterade kineserna att magnetit inte lockar koppar eller keramik. På 700-00-talet märkte de att en magnetiserad järnnål, fritt upphängd, vänder sig mot Nordstjärnan.

Så under andra hälften av 1100-talet började Kina att tillverka marina kompasser, som europeiska sjömän behärskade bara hundra år efter kineserna. Då har kineserna redan upptäckt förmågan hos en magnetiserad nål att avvika i riktningen öster om norr, och därmed upptäckt magnetisk deklination, före europeiska seglare i detta, som kom till exakt den slutsatsen först på 15-talet.

I Europa var den första som beskrev egenskaperna hos naturliga magneter filosofen från Frankrike, Pierre de Maricourt, som 1269 tjänade i armén för den sicilianska kungen Charles av Anjou. Under belägringen av en av de italienska städerna skickade han en vän till Picardy ett dokument som föll ner i vetenskapens historia under namnet "Brev om en magnet", där han berättade om sina experiment med magnetisk järnmalm.

Marikur konstaterade att det i varje magnetit finns två områden som lockar järn särskilt starkt. Han märkte i denna likhet med himmelsfärens poler, så han lånade deras namn för att beteckna områdena med maximal magnetisk kraft. Därifrån började traditionen att kalla magnetpolerna för syd- och norrmagnetiska polerna.

Marikur skrev att om du bryter någon magnetit i två delar, så kommer varje pol att ha sina egna poler.

Marikur kopplade för första gången effekten av avstötning och attraktion av magnetiska poler med interaktionen mellan motsatta (söder och norr), eller poler med samma namn. Marikur anses med rätta vara pionjären för den europeiska experimentella vetenskapsskolan, hans anteckningar om magnetism reproducerades i dussintals listor, och med tillkomsten av tryckning publicerades de i form av en broschyr. De citerades av många naturforskare fram till 1600-talet.

Med svårigheter var Marikura också väl bekant med den engelska naturforskaren, forskaren och läkaren William Hilbert. 1600 publicerade han verket On Magnet, Magnetic Bodies and the Big Magnet - the Earth.I detta arbete citerade Hilbert all den information som vid den tiden var känd om egenskaperna hos naturliga magnetiska material och magnetiserat järn, och beskrev också sina egna experiment med en magnetisk boll, där han reproducerade modellen för markmagnetism.

I synnerhet konstaterade han experimentellt att vid båda polerna i den "lilla jorden" roterar kompassnålen vinkelrätt mot dess yta, den installeras parallellt vid ekvatorn, och vid mittlängderna roteras den till ett mellanläge. På detta sätt kunde Hilbert simulera den magnetiska lutningen, som var känd i Europa i mer än 50 år (1544 beskrevs den av Georg Hartman, en mekaniker från Nürnberg).

Hilbert reproducerade också den geomagnetiska deklinationen, som han inte tillskrev den perfekt släta ytan på bollen, men på planetsskala förklarade han denna effekt genom attraktion mellan kontinenterna. Han upptäckte hur mycket varmt järn som tappar sina magnetiska egenskaper och återställer dem när de kyls. Slutligen var Hilbert den första som tydligt skilde mellan attraktionen av en magnet och attraktionen av bärnsten gnuggas med ull, som han kallade elektrisk kraft. Det var ett verkligt innovativt arbete, uppskattat av både samtida och efterkommande. Hilbert upptäckte att jorden med rätta skulle betraktas som en "stor magnet."

Fram till början av 1800-talet avancerade magnetismens vetenskap mycket lite. År 1640 förklarade Benedetto Castelli, en student i Galileo, attraktionen av magnetit med de många mycket små magnetiska partiklar som utgör den.

1778 märkte Sebald Brugmans, en inföding av Holland, hur vismut och antimon dödade polerna på en magnetisk nål, vilket var det första exemplet på ett fysiskt fenomen som Faraday senare skulle kalla diamagnetism.

Charles-Augustin Coulomb 1785 visade det genom exakta mätningar på en torsionsbalans kraften i interaktion mellan magnetpolerna med varandra är omvänt proportionell mot kvadratet på avståndet mellan polerna - lika exakt som kraften i interaktion mellan elektriska laddningar.

Sedan 1813 har den danska fysikern Oersted försökt försöka upprätta sambandet mellan elektricitet och magnetism. Forskaren använde kompasser som indikatorer, men under en lång tid kunde han inte nå målet, eftersom han förväntade sig att magnetkraften var parallell med strömmen och placerade den elektriska tråden i vinklar mot kompassnålen. Pilen reagerade inte på förekomsten av ström.

Våren 1820, under en av föreläsningarna, drog Oersted ledningen parallellt med pilen, och det är inte klart vad som ledde honom till denna idé. Och så svängde pilen. Av någon anledning stoppade Oersted experimenten i flera månader, varefter han återvände till dem och insåg att "den elektriska strömens magnetiska effekt riktas längs cirklarna som omger denna ström."

Slutsatsen var paradoxal, för tidigare visade sig inte roterande krafter varken inom mekanik eller någon annanstans inom fysiken. Oersted skrev en artikel där han skisserade sina resultat och var aldrig engagerad i elektromagnetism längre.

På hösten samma år började fransmannen Andre-Marie Ampère experiment. Först och främst, efter att ha upprepat och bekräftat resultaten och slutsatserna från Oersted, upptäckte han i början av oktober attraktionen hos ledare om strömmarna i dem riktas på samma sätt och avvisande om strömmarna är motsatta.

Ampère studerade också interaktionen mellan icke-parallella ledare med ström, varefter han beskrev det med en formel som kallas senare Ampere lag. Forskaren visade också att de spiraltrådar med ström roterar under påverkan av ett magnetfält, som händer med kompassnålen.

Slutligen framförde han hypotesen om molekylströmmar, enligt vilka inuti de magnetiserade materialen finns kontinuerliga mikroskopiska cirkulära strömmar parallella med varandra, vilket orsakar magnetisk verkan av materialen.

Samtidigt utvecklade Bio och Savard gemensamt en matematisk formel som gör det möjligt att beräkna intensiteten hos DC-magnetfältet.

Och i slutet av 1821 gjorde Michael Faraday, som redan arbetade i London, en anordning där en strömbärande ledare roterade runt en magnet och en annan magnet roterade runt en annan ledare.

Faraday föreslog att både magneten och tråden är höljda i koncentriska kraftlinjer, som bestämmer deras mekaniska effekt.

Med tiden blev Faraday övertygad om den fysiska verkligheten hos magnetiska kraftlinjer. I slutet av 1830-talet var forskaren redan klart medveten om att energin från både permanentmagneter och strömledare fördelades i utrymmet som omger dem, som fylldes med magnetiska kraftlinjer. I augusti 1831 till forskaren lyckades få magnetism för att generera en elektrisk ström.

Enheten bestod av en järnring med två motstående lindningar belägna på den. Den första lindningen kunde kortslutas till ett elektriskt batteri, och det andra kopplades till en ledare placerad ovanför den magnetiska kompassens pil. När en jämn ström flyter genom ledningen på den första spolen, ändrade inte pilen sitt läge utan började svänga vid ögonblicken då den stängdes av och på.

Faraday drog slutsatsen att vid dessa ögonblick i tråden från den andra lindningen fanns elektriska impulser förknippade med att magnetfältlinjer försvann eller inträffade. Han upptäckte att orsaken till den växande elektromotoriska kraften är en förändring av magnetfältet.

I november 1857 skrev Faraday ett brev till Skottland till professor Maxwell med en begäran om att ge en matematisk form till kunskapen om elektromagnetism. Maxwell uppfyllde begäran. Begreppet elektromagnetiskt fält hittade en plats 1864 i hans memoarer.

Maxwell introducerade termen "fält" för att hänvisa till den del av utrymmet som omger och innehåller kroppar som är i magnetiskt eller elektriskt tillstånd, och han betonade att detta utrymme i sig kan vara tomt och fyllt med absolut alla slags ämnen, men fältet kommer fortfarande att ha platsen.

1873 publicerade Maxwell A Treatise on Electricity and Magnetism, där han introducerade ett system med ekvationer som kombinerar elektromagnetiska fenomen. Han gav dem namnet på de allmänna ekvationerna för det elektromagnetiska fältet, och till denna dag kallas de Maxwell-ekvationerna. Enligt Maxwells teori magnetism är en speciell typ av interaktion mellan elektriska strömmar. Detta är grunden som alla teoretiska och experimentella verk relaterade till magnetism bygger på.

Läs också om detta ämne:Induktorer och magnetfält