Magnétisme - De Thales à Maxwell

Mille ans avant les premières observations des phénomènes électriques, l'humanité a déjà commencé à s'accumuler connaître le magnétisme. Et il y a seulement quatre cents ans, lorsque la formation de la physique en tant que science commençait à peine, les chercheurs ont séparé les propriétés magnétiques des substances de leurs propriétés électriques, et ce n'est qu'après cela qu'ils ont commencé à les étudier de manière indépendante. Cela a jeté les bases expérimentales et théoriques, qui sont devenues la fondation de e au milieu du 19e sièclethéorie des phénomènes électriques et magnétiques.

Il semble que les propriétés inhabituelles du minerai de fer magnétique étaient connues dès l'âge du bronze en Mésopotamie. Et après le début du développement de la métallurgie du fer, les gens ont remarqué qu'elle attirait les produits en fer. Le philosophe et mathématicien grec ancien Thales de la ville de Milet (640-546 avant JC) a également réfléchi aux raisons de cette attraction, il a attribué cette attraction à l'animation du minéral.

Les penseurs grecs ont imaginé comment des paires invisibles enveloppent la magnétite et le fer, comment ces paires attirent les substances les unes aux autres. Le mot "Aimant" il pourrait arriver le nom de la ville de Magnesia-u-Sipila en Asie Mineure, près de laquelle se trouvait la magnétite. L'une des légendes raconte que le berger Magnis est apparu en quelque sorte avec ses moutons à côté du rocher, ce qui a tiré la pointe de fer de son bâton et de ses bottes.

Dans l'ancien traité chinois "Archives de printemps et d'automne de Maître Liu" (240 av. J.-C.), la propriété de la magnétite pour attirer le fer vers elle-même est mentionnée. Après cent ans, les Chinois ont noté que la magnétite n'attirait pas le cuivre ou la céramique. Aux 7e et 8e siècles, ils ont remarqué qu'une aiguille de fer aimantée, librement suspendue, se tourne vers l'étoile polaire.

Ainsi, dans la seconde moitié du XIe siècle, la Chine a commencé à fabriquer des boussoles marines, que les marins européens ne maîtrisaient que cent ans après les Chinois. Ensuite, les Chinois ont déjà découvert la capacité d'une aiguille aimantée à dévier dans la direction est du nord, et ont ainsi découvert la déclinaison magnétique, devant les marins européens dans ce domaine, qui ne sont arrivés à cette conclusion qu'au 15ème siècle.

En Europe, le premier à décrire les propriétés des aimants naturels a été le philosophe français, Pierre de Maricourt, qui a servi en 1269 dans l'armée du roi sicilien Charles d'Anjou. Pendant le siège d'une des villes italiennes, il a envoyé à un ami en Picardie un document qui est entré dans l'histoire des sciences sous le nom de «Lettre sur un aimant», où il a parlé de ses expériences avec le minerai de fer magnétique.

Marikur a noté que dans tout morceau de magnétite, il y a deux zones qui attirent le fer particulièrement fortement. Il a remarqué dans cette ressemblance avec les pôles de la sphère céleste, alors il a emprunté leurs noms pour désigner les zones de force magnétique maximale. De là, la tradition a commencé à appeler les pôles d'aimants les pôles magnétiques sud et nord.

Marikur a écrit que si vous brisez un morceau de magnétite en deux parties, chaque pôle aura ses propres pôles.

Marikur a pour la première fois relié l'effet de répulsion et d'attraction des pôles magnétiques à l'interaction de pôles opposés (sud et nord), ou pôles du même nom. Marikur est à juste titre considéré comme le pionnier de l'école scientifique expérimentale européenne, ses notes sur le magnétisme ont été reproduites dans des dizaines de listes, et avec l'avènement de l'impression, elles ont été publiées sous forme de brochure. Ils ont été cités par de nombreux naturalistes jusqu'au XVIIe siècle.

Avec difficulté, Marikura connaissait aussi bien le naturaliste, scientifique et médecin anglais William Hilbert. En 1600, il a publié l'ouvrage On Magnet, Magnetic Bodies, and the Big Magnet - the Earth.Dans ce travail, Hilbert a cité toutes les informations connues à l'époque sur les propriétés des matériaux magnétiques naturels et du fer magnétisé, et a également décrit ses propres expériences avec une boule magnétique, dans lesquelles il a reproduit le modèle du magnétisme terrestre.

En particulier, il a établi expérimentalement qu'aux deux pôles de la "petite terre" l'aiguille de la boussole tourne perpendiculairement à sa surface, elle est installée à l'équateur en parallèle, et aux latitudes moyennes, elle est tournée vers une position intermédiaire. De cette façon, Hilbert a pu simuler l'inclinaison magnétique, connue en Europe depuis plus de 50 ans (en 1544, elle a été décrite par George Hartmann, un mécanicien de Nuremberg).

Hilbert reproduit également la déclinaison géomagnétique, qu'il attribue non pas à la surface parfaitement lisse de la balle, mais à l'échelle planétaire il explique cet effet par attraction entre les continents. Il a découvert combien de fer chaud perd ses propriétés magnétiques et, une fois refroidi, les restaure. Enfin, Hilbert a été le premier à distinguer clairement entre l'attraction d'un aimant et l'attraction de l'ambre frotté avec de la laine, qu'il a appelée force électrique. C'était une œuvre vraiment innovante, appréciée des contemporains et des descendants. Hilbert a découvert que la Terre serait à juste titre considérée comme un "gros aimant".

Jusqu'au tout début du XIXe siècle, la science du magnétisme a très peu progressé. En 1640, Benedetto Castelli, un élève de Galileo, a expliqué l'attrait de la magnétite avec les nombreuses très petites particules magnétiques qui la composent.

En 1778, Sebald Brugmans, originaire de Hollande, a remarqué comment le bismuth et l'antimoine repoussaient les pôles d'une aiguille magnétique, qui était le premier exemple d'un phénomène physique que Faraday appellerait plus tard diamagnétisme.

Charles-Augustin Coulomb en 1785, grâce à des mesures précises sur une balance de torsion, a prouvé que la force d'interaction des pôles magnétiques entre eux est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les pôles - aussi exacte que la force d'interaction des charges électriques.

Depuis 1813, le physicien danois Oersted tente diligemment d'établir expérimentalement le lien entre l'électricité et le magnétisme. Le chercheur a utilisé des boussoles comme indicateurs, mais pendant longtemps, il n'a pas pu atteindre l'objectif, car il s'attendait à ce que la force magnétique soit parallèle au courant, et a placé le fil électrique perpendiculairement à l'aiguille de la boussole. La flèche n'a pas réagi à l'occurrence du courant.

Au printemps de 1820, au cours d'une des conférences, Oersted a tiré le fil parallèlement à la flèche, et on ne sait pas ce qui l'a conduit à cette idée. Et donc la flèche a balancé. Oersted pour une raison quelconque a arrêté les expériences pendant plusieurs mois, après quoi il y est retourné et s'est rendu compte que "l'effet magnétique du courant électrique est dirigé le long des cercles entourant ce courant".

La conclusion était paradoxale, car auparavant, les forces tournantes ne se manifestaient ni en mécanique ni ailleurs en physique. Oersted a écrit un article où il a exposé ses conclusions et n'a plus jamais été engagé dans l'électromagnétisme.

À l'automne de la même année, le Français André-Marie Ampère entreprend des expériences. D'abord et avant tout, après avoir répété et confirmé les résultats et les conclusions d'Oersted, il a découvert début octobre l'attrait des conducteurs si les courants y sont dirigés de la même manière, et la répulsion si les courants sont opposés.

Ampère a également étudié l'interaction entre les conducteurs non parallèles avec le courant, après quoi il l'a décrite avec une formule appelée plus tard Loi d'Ampère. Le scientifique a également montré que les fils enroulés avec du courant tournent sous l'influence d'un champ magnétique, comme cela se produit avec l'aiguille de la boussole.

Enfin, il a avancé l'hypothèse des courants moléculaires, selon laquelle à l'intérieur des matériaux magnétisés il y a des courants circulaires microscopiques continus parallèles entre eux, qui provoquent l'action magnétique des matériaux.

Parallèlement, Bio et Savard ont développé conjointement une formule mathématique qui permet de calculer l'intensité du champ magnétique DC.

Et donc, à la fin de 1821, Michael Faraday, qui travaillait déjà à Londres, a fabriqué un appareil dans lequel un conducteur porteur de courant tournait autour d'un aimant, et un autre aimant tournait autour d'un autre conducteur.

Faraday a suggéré que l'aimant et le fil sont enveloppés de lignes de force concentriques, qui déterminent leur effet mécanique.

Au fil du temps, Faraday est devenu convaincu de la réalité physique des lignes de force magnétiques. À la fin des années 1830, le scientifique savait déjà clairement que l'énergie des aimants permanents et des conducteurs avec du courant était distribuée dans l'espace qui les entourait, rempli de lignes de force magnétiques. En août 1831 au chercheur réussi à obtenir le magnétisme pour générer un courant électrique.

L'appareil se composait d'un anneau en fer avec deux enroulements opposés situés dessus. Le premier enroulement pouvait être court-circuité à une batterie électrique, et le second était connecté à un conducteur placé au-dessus de la flèche du compas magnétique. Lorsqu'un courant continu a traversé le fil de la première bobine, la flèche n'a pas changé de position, mais a commencé à osciller au moment de sa mise hors et sous tension.

Faraday a conclu qu'à ces moments dans le fil du deuxième enroulement, il y avait des impulsions électriques associées à la disparition ou à l'apparition de lignes de champ magnétique. Il a découvert que la cause de la force électromotrice émergente est un changement du champ magnétique.

En novembre 1857, Faraday écrivit une lettre à l'Écosse au professeur Maxwell pour lui demander de donner une forme mathématique à la connaissance de l'électromagnétisme. Maxwell a répondu à la demande. Le concept de champ électromagnétique trouve une place en 1864 dans ses mémoires.

Maxwell a introduit le terme «champ» pour faire référence à la partie de l'espace qui entoure et contient des corps qui sont dans un état magnétique ou électrique, et il a souligné que cet espace lui-même peut être vide et rempli de tout type de matière, mais le champ aura toujours l'endroit.

En 1873, Maxwell a publié le Traité sur l'électricité et le magnétisme, où il a présenté un système d'équations combinant des phénomènes électromagnétiques. Il leur a donné le nom des équations générales du champ électromagnétique, et à ce jour on les appelle les équations de Maxwell. Selon la théorie de Maxwell le magnétisme est un type particulier d'interaction entre les courants électriques. C'est la base sur laquelle tous les travaux théoriques et expérimentaux liés au magnétisme sont construits.

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