Magnetizmas - nuo Thales iki Maxwell

Tūkstantis metų iki pirmųjų elektrinių reiškinių stebėjimų žmonija jau pradėjo kauptis magnetizmo pažinimas. Ir tik prieš keturis šimtus metų, kai tik prasidėjo fizikos, kaip mokslo, formavimasis, tyrėjai atskyrė medžiagų magnetines savybes nuo jų elektrinių savybių ir tik po to pradėjo savarankiškai jas tyrinėti. Tai padėjo eksperimentinį ir teorinį pagrindus, kurie 19-ojo amžiaus viduryje tapo e pamatuelektrinių ir magnetinių reiškinių teorija.

Panašu, kad neįprastos magnetinės geležies rūdos savybės buvo žinomos dar bronzos amžiuje Mesopotamijoje. O pradėjus kurti geležies metalurgiją, žmonės pastebėjo, kad ji traukia geležies gaminius. Senovės graikų filosofas ir matematikas Thalesas iš Mileto miesto (640–546 m. ​​Pr. Kr.) Taip pat galvojo apie šio potraukio priežastis, šį pritraukimą priskyrė mineralo animacijai.

Graikų mąstytojai įsivaizdavo, kaip nematomos poros apgaubia magnetitą ir geležį, kaip šios poros pritraukia medžiagas viena prie kitos. Žodis „Magnetas“ tai gali atsitikti Magnezijos-u-Sipilos miesto, esančio Mažojoje Azijoje, šalia kurio gulėjo magnitas, vardu. Viena iš legendų pasakoja, kad piemuo Magnis kažkaip pasirodė su savo avimis šalia uolos, kuri jam traukė geležinį personalo antgalį ir batus.

Senovės kinų traktate „Meistro Liu pavasario ir rudens įrašai“ (240 m. Pr. Kr.) Minima magneto savybė pritraukti geležį prie savęs. Po šimto metų kinai pastebėjo, kad magnetitas nepritraukia vario ar keramikos. 7–8 amžiuose jie pastebėjo, kad įmagnetinta geležinė adata, laisvai kabinama, pasisuka Šiaurės žvaigždės link.

Taigi iki XI amžiaus antrosios pusės Kinija pradėjo gaminti jūrinius kompasus, kuriuos Europos jūreiviai įvaldė tik po šimto metų po kinų. Tuomet kinai jau atrado įmagnetintos adatos sugebėjimą nukrypti į rytus iš šiaurės ir taip atrado magnetinį deklinaciją, aplenkdami Europos jūreivius, kurie padarė tokią išvadą tik XV amžiuje.

Europoje pirmasis, aprašęs natūralių magnetų savybes, buvo filosofas iš Prancūzijos Pierre de Maricourt, kuris 1269 m. Tarnavo Sicilijos karaliaus Karolio Anjou armijoje. Vieno iš Italijos miestų apgulties metu jis nusiuntė draugui Pikardijai į mokslo istoriją nuskambėjusį dokumentą pavadinimu „Laiškas apie magnetą“, kuriame jis papasakojo apie savo eksperimentus su magnetine geležies rūda.

Marikuras pažymėjo, kad bet kuriame magneto gabalėlyje yra dvi sritys, kurios ypač stipriai traukia geležį. Jis pastebėjo šį panašumą į dangaus sferos polius, todėl jis pasiskolino jų pavadinimus, kad žymėtų maksimalios magnetinės jėgos sritis. Nuo tada tradicija pradėjo vadinti magnetų polius pietų ir šiaurės magnetiniais poliais.

Marikuras rašė, kad jei bet kurį magnetito gabalą padalinsite į dvi dalis, tada kiekvienas polius turės savo polius.

Marikūras pirmą kartą magnetinių polių atstūmimo ir traukos efektą siejo su priešingų (pietų ir šiaurės) arba to paties pavadinimo polių sąveika. Marikuras teisėtai laikomas Europos eksperimentinės mokslinės mokyklos pradininku, jo užrašai apie magnetizmą buvo pakartoti keliolikoje sąrašų, o atsiradus spausdinimui, jie buvo išleisti brošiūros forma. Jie buvo cituojami daugelio gamtininkų iki XVII a.

Su sunkumais Marikura taip pat buvo gerai pažįstamas su anglų gamtininku, mokslininku ir gydytoju Williamu Hilbertu. 1600 m. Jis išleido darbą „Magnetas, magnetiniai kūnai“ ir „Didysis magnetas“ - žemė.Šiame darbe Hilbertas citavo visą tuo metu žinomą informaciją apie natūralių magnetinių medžiagų ir įmagnetintos geležies savybes, taip pat aprašė savo paties eksperimentus su magnetiniu rutuliu, kuriame jis atkartojo antžeminio magnetizmo modelį.

Visų pirma, jis eksperimentiškai nustatė, kad abiejuose „mažos žemės“ poliuose kompaso adata sukasi statmenai jos paviršiui, ji yra sumontuota ties pusiauju lygiagrečiai, o vidurio platumose ji yra pasukta į tarpinę padėtį. Tokiu būdu Hilbertas sugebėjo imituoti magnetinį polinkį, kuris Europoje buvo žinomas daugiau nei 50 metų (1544 m. Jį apibūdino George'as Hartmannas, mechanikas iš Niurnbergo).

Hilbertas taip pat atgamino geomagnetinį deklinaciją, kurią jis priskyrė ne prie tobulai lygaus rutulio paviršiaus, bet planetų mastu šį poveikį jis paaiškino patrauklumu tarp žemynų. Jis atrado, kiek karšta geležis praranda savo magnetines savybes, o atvėsusi jas atstato. Galiausiai Hilbertas pirmasis aiškiai išskyrė magneto ir gintaro, įvilkto vilna, trauką, kurią jis pavadino elektrine jėga. Tai buvo tikrai novatoriškas darbas, vertinamas tiek amžininkų, tiek palikuonių. Hilbertas atrado, kad Žemė teisingai bus laikoma „dideliu magnetu“.

Iki pat XIX amžiaus pradžios magnetizmo mokslas pažengė labai mažai. 1640 m. Benedetto Castelli, „Galileo“ studentas, paaiškino magneto patrauklumą daugybe labai mažų magnetinių dalelių, kurios jį sudaro.

1778 m. Sebaldas Brugmansas, gimtasis iš Olandijos, pastebėjo, kaip bismutas ir stibis atbaido magnetinės adatos stulpus. Tai buvo pirmasis fizinio reiškinio, kurį Faradayas vėliau vadins, pavyzdys. diamagnetizmas.

Charlesas-Augustinas Coulombas 1785 m., Atlikdamas tikslius sukimo balanso matavimus, tai įrodė magnetinių polių tarpusavio sąveikos jėga yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp polių kvadratui - tokia pat tiksli kaip elektros krūvių sąveikos jėga.

Nuo 1813 m. Danų fizikas Oerstedas uoliai stengėsi eksperimentuoti, norėdamas nustatyti elektros ir magneto ryšį. Tyrėjas kaip rodiklius naudojo kompasus, tačiau ilgą laiką negalėjo pasiekti tikslo, nes tikėjosi, kad magnetinė jėga buvo lygiagreti srovei, ir padėjo elektros laidą stačiu kampu į kompaso adatą. Rodyklė nereagavo į srovės atsiradimą.

1820 m. Pavasarį per vieną iš paskaitų Oerstedas nutempė vielą lygiagrečiai rodyklei, ir neaišku, kas jį paskatino įgyvendinti šią idėją. Ir taip strėlė pasisuko. Dėl tam tikrų priežasčių Oerstedas kelis mėnesius sustabdė eksperimentus, po kurių jis grįžo prie jų ir suprato, kad „magnetinis elektros srovės poveikis nukreiptas išilgai šios srovės supančių apskritimų“.

Išvada buvo paradoksali, nes anksčiau besisukančios jėgos nepasireiškė nei mechanikoje, nei kitur fizikoje. Oerstedas parašė straipsnį, kuriame išdėstė savo išvadas ir daugiau niekada nebuvo susijęs su elektromagnetizmu.

Tų pačių metų rudenį prancūzas Andre-Marie Ampère pradėjo eksperimentus. Visų pirma, pakartojęs ir patvirtinęs Oerstedo rezultatus ir išvadas, spalio pradžioje jis atrado laidininkų trauką, jei juose esančios srovės nukreiptos vienodai, ir atstumimą, jei srovės yra priešingos.

Ampère'as taip pat ištyrė nelygiagrečių laidininkų sąveiką su srove, po to aprašė ją vėliau vadinama formule Ampero dėsnis. Mokslininkas taip pat parodė, kad suvynioti laidai su srove sukasi veikiant magnetiniam laukui, kaip atsitinka su kompaso adata.

Galiausiai jis iškėlė molekulinių srovių hipotezę, pagal kurią įmagnetintų medžiagų viduje yra ištisinės mikroskopinės žiedinės srovės, lygiagrečios viena kitai, sukeliančios medžiagų magnetinį veikimą.

Tuo pačiu metu Bio ir Savard kartu sukūrė matematinę formulę, leidžiančią apskaičiuoti nuolatinio nuolatinio magnetinio lauko intensyvumą.

Taigi 1821 m. Pabaigoje Michaelas Faradėjus, jau dirbantis Londone, pagamino prietaisą, kuriame srovę perimantis laidininkas suko aplink magnetu, o kitas magnetas pasuktas aplink kitą laidininką.

Faradėjus pasiūlė, kad ir magnetas, ir viela būtų uždengti koncentrinėmis jėgos linijomis, kurios lemia jų mechaninį poveikį.

Laikui bėgant Faradėjus įsitikino fizine magnetinių jėgos linijų realybe. Iki 1830-ųjų pabaigos mokslininkas jau aiškiai suprato, kad tiek nuolatinių magnetų, tiek srovės laidininkų energija pasiskirsto juos supančioje erdvėje, kurią užpildė magnetinės jėgos linijos. 1831 m. Rugpjūčio mėn. Tyrėjui sugebėjo gauti magnetizmą generuoti elektros srovę.

Prietaisą sudarė geležinis žiedas su dviem priešingomis apvijomis, esančiomis ant jo. Pirmoji apvija galėjo būti sutrumpinta iki elektros akumuliatoriaus, o antrasis buvo prijungtas prie laidininko, pastatyto virš magnetinio kompaso rodyklės. Kai per pirmosios ritės laidą tekėjo nuolatinė srovė, rodyklė nekeitė savo padėties, bet pradėjo suktis jos išjungimo ir įjungimo momentais.

Faradėjus padarė išvadą, kad šiais momentais antrosios apvijos vieloje buvo elektriniai impulsai, susiję su magnetinio lauko linijų išnykimu ar atsiradimu. Jis padarė atradimą, kad kylančios elektromotorinės jėgos priežastis yra magnetinio lauko pasikeitimas.

1857 m. Lapkritį Faradėjus parašė laišką Škotijai profesoriui Maxwellui su prašymu suteikti matematinę formą žinioms apie elektromagnetizmą. Maksvelas įvykdė prašymą. Elektromagnetinio lauko samprata savo atsiminimuose rado vietą 1864 m.

Maksvelas pristatė terminą „laukas“, kad jis nurodytų erdvės dalį, kuri supa ir kurioje yra kūnai, esantys magnetinėje ar elektrinėje būsenoje, ir jis pabrėžė, kad pati ši erdvė gali būti tuščia ir užpildyta absoliučiai bet kokia medžiaga, tačiau laukas vis tiek turės vieta.

1873 m. Maxwellas paskelbė traktatą apie elektrą ir magnetizmą, kuriame pristatė lygčių sistemą, sujungiančią elektromagnetinius reiškinius. Jis jiems davė elektromagnetinio lauko bendrųjų lygčių pavadinimą, ir iki šios dienos jie vadinami Maksvelo lygtimis. Pagal Maksvelo teoriją magnetizmas yra ypatinga elektros srovių sąveikos rūšis. Tai yra pagrindas, ant kurio statomi visi su magnetizmu susiję teoriniai ir eksperimentiniai darbai.

Taip pat skaitykite šia tema:Induktoriai ir magnetiniai laukai