Магнетизъм - от Талес до Максуел

Хиляда години преди първите наблюдения на електрическите явления човечеството вече е започнало да се натрупва познание за магнетизма, И само преди четиристотин години, когато формирането на физиката като наука едва започваше, изследователите отделиха магнитните свойства на веществата от техните електрически свойства и едва след това започнаха да ги изучават независимо. Това поставя експерименталната и теоретична основа, която се превръща в основата на e до средата на 19 вектеория на електрическите и магнитни явления.

Изглежда, че необичайните свойства на магнитната желязна руда са били известни още от бронзовата епоха в Месопотамия. И след началото на развитието на желязната металургия хората забелязаха, че тя привлича железни продукти. Древногръцкият философ и математик Талес от град Милет (640–546 г. пр. Н. Е.) Също е помислил за причините за това привличане, той приписва това привличане на анимацията на минерала.

Гръцките мислители си представяли как невидимите двойки обвиват магнетит и желязо, как тези двойки привличат вещества една към друга. Думата "Магнит" може да се случи името на град Магнезия-у-Сипила в Мала Азия, близо до който лежеше магнетит. Една от легендите гласи, че овчарят Магнис някак се появил с овцете си до скалата, които придърпали железния връх на тоягата и ботушите си към него.

В древния китайски трактат „Пролетни и есенни записи на майстор Лю“ (240 г. пр.н.е.) се споменава свойството на магнетита да привлича желязо към себе си. След сто години китайците отбелязват, че магнетитът не привлича мед или керамика. През 7-8 век те забелязват, че намагнетизирана желязна игла, бидейки свободно окачена, се насочва към Северната звезда.

Така към втората половина на XI в. В Китай започват да се правят морски компаси, които европейските моряци усвояват само сто години след китайците. Тогава китайците вече са открили способността на намагнетизирана игла да се отклонява в посока на изток от север и по този начин откриват магнитно уклонение, изпреварвайки европейските моряци в това, които стигнаха точно до това заключение едва през 15 век.

В Европа първият, който описа свойствата на природните магнити, беше философът от Франция Пиер дьо Марикорт, който през 1269 г. служи в армията на сицилианския крал Шарл Анжуйски. По време на обсадата на един от италианските градове той изпрати приятел в Пикардия документ, който влезе в историята на науката под името "Писмо за магнит", където той разказа за опитите си с магнитна желязна руда.

Марикур отбеляза, че във всяко парче магнетит има две области, които привличат желязо особено силно. Той забеляза в това сходство с полюсите на небесната сфера, затова той заимства имената им, за да посочи областите с максимална магнитна сила. Оттам традицията започва да нарича полюсите на магнитите южния и северния магнитни полюси.

Марикур пише, че ако разчупите някое парче магнетит на две части, тогава всеки фрагмент ще има свои собствени полюси.

Марикур за първи път свързва ефекта на отблъскване и привличане на магнитни полюси с взаимодействието на противоположни (юг и север) или едноименни полюси. Марикур с право се счита за пионер на европейската експериментална научна школа, бележките му за магнетизма са възпроизведени в десетки списъци, а с появата на печатането те са публикувани под формата на брошура. Те бяха цитирани от много натуралисти до 17 век.

С трудност Марикура също беше добре запознат с английския натуралист, учен и лекар Уилям Хилберт. През 1600 г. той публикува труда „Магнит“, „Магнитни тела“ и „Големият магнит“ - Земята.В тази работа Хилберт цитира цялата известна по онова време информация за свойствата на естествените магнитни материали и намагнетизираното желязо, а също така описва собствените си експерименти с магнитна топка, в които възпроизвежда модела на земния магнетизъм.

По-специално, той експериментално установи, че и на двата полюса на "малката земя" иглата на компаса се върти перпендикулярно на повърхността му, тя е инсталирана в екватора паралелно, а в средните ширини се завърта в междинно положение. По този начин Хилберт успя да симулира магнитния наклон, който беше известен в Европа повече от 50 години (през 1544 г. е описан от Джордж Хартман, механик от Нюрнберг).

Хилберт също възпроизвежда геомагнитната деклинация, която приписва не на идеално гладката повърхност на топката, но в планетарен мащаб обяснява този ефект чрез привличане между континентите. Той открил как силно нагрятото желязо губи магнитните си свойства и при охлаждане ги възстановява. И накрая, Хилберт е първият, който ясно разграничи привличането на магнит и привличането на кехлибар, втрит с вълна, което той нарече електрическа сила. Това беше наистина иновативно произведение, оценено както от съвременници, така и от потомци. Хилберт откри, че Земята с право би се считала за "голям магнит".

До самото начало на 19 век науката за магнетизма напредна много малко. През 1640 г. Бенедето Кастели, ученик на Галилео, обяснява привличането на магнетит с многото много малки магнитни частици, които го съставят.

През 1778 г. Себалд Бругманс, родом от Холандия, забелязал как бисмут и сурма отблъскват полюсите на магнитна игла, което е първият пример за физическо явление, което по-късно Фарадей ще нарече диамагнетизъм.

Шарл-Августин Кулом през 1785 г. чрез точни измервания на торсионен баланс доказа това силата на взаимодействие на магнитните полюси помежду си е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между полюсите - толкова точно, колкото силата на взаимодействие на електрическите заряди.

От 1813 г. датският физик Ерстед усърдно се опитва да установи експериментално връзка между електричеството и магнетизма. Изследователят използва компаси като индикатори, но дълго време не можеше да достигне целта, защото очакваше, че магнитната сила е успоредна на тока, и постави електрическия проводник под прав ъгъл спрямо иглата на компаса. Стрелката не реагира на появата на ток.

През пролетта на 1820 г. по време на една от лекциите Ерстед дръпна жицата успоредно на стрелата и не е ясно какво го е довело до тази идея. И така стрелата се завъртя. Oersted по някаква причина спря експериментите за няколко месеца, след което се върна при тях и разбра, че „магнитният ефект на електрическия ток е насочен по протежение на кръговете около този ток“.

Изводът беше парадоксален, защото преди това въртящите се сили не се проявяваха нито в механиката, нито другаде във физиката. Oersted написа статия, в която изложи своите открития и никога повече не се е занимавал с електромагнетизъм.

През есента на същата година французинът Андре-Мари Ампер започва експерименти. На първо място, след като повтори и потвърди резултатите и заключенията на Ерстед, в началото на октомври той откри привличането на проводници, ако токовете в тях са насочени по същия начин, и отблъскването, ако токовете са противоположни.

Ампер също изучава взаимодействието между непаралелни проводници с ток, след което го описва с формула, наречена по-късно Закон на Ампер. Ученият показа също, че навитите проводници с ток се въртят под въздействието на магнитно поле, както се случва с иглата на компаса.

И накрая, той изложи хипотезата за молекулни токове, според която вътре в намагнетизираните материали има непрекъснати микроскопични кръгови токове, успоредни един на друг, които причиняват магнитното действие на материалите.

В същото време Bio и Savard съвместно извеждат математическа формула, която позволява да се изчисли интензивността на постояннотоковото магнитно поле.

И така, в края на 1821 г. Майкъл Фарадей, който вече работи в Лондон, направи устройство, в което проводник с ток се върти около магнит, а друг магнит се върти около друг проводник.

Фарадей предположи, че и магнитът, и проводникът са обвити в концентрични силови линии, които определят техния механичен ефект.

С течение на времето Фарадей се убеди във физическата реалност на магнитните силови линии. В края на 1830 г. ученият вече ясно осъзнава, че енергията както на постоянните магнити, така и на токовите проводници се разпределя в пространството около тях, което е изпълнено с магнитни силови линии. През август 1831 г. на изследователя успя да получи магнетизъм за генериране на електрически ток.

Устройството се състоеше от железен пръстен с две срещуположни намотки, разположени върху него. Първата намотка може да бъде къса до електрическа батерия, а втората е свързана с проводник, поставен над стрелката на магнитния компас. Когато постоянен ток течеше през жицата на първата намотка, стрелката не промени позицията си, а започна да се люлее в моментите на нейното изключване и включване.

Фарадей заключи, че в тези моменти в жицата на втората намотка има електрически импулси, свързани с изчезването или появата на линии на магнитното поле. Той направи откритието това причината за възникващата електромоторна сила е промяна в магнитното поле.

През ноември 1857 г. Фарадей пише писмо до Шотландия до професор Максуел с молба да даде математическа форма на знанията за електромагнетизма. Максуел изпълни искането. Концепцията за електромагнитното поле намери място през 1864 г. в спомените си.

Максуел въведе термина "поле", за да се отнася до частта от пространството, която го заобикаля и съдържа тела, които са в магнитно или електрическо състояние, и подчерта, че самото това пространство може да бъде празно и изпълнено с абсолютно всякакъв вид материя, но полето все пак ще има мястото.

През 1873 г. Максуел публикува „Трактатът за електричеството и магнетизма“, където въвежда система от уравнения, съчетаващи електромагнитни явления. Той им даде името на общите уравнения на електромагнитното поле и до ден днешен те се наричат ​​уравнения на Максуел. Според теорията на Максуел магнетизмът е особен вид взаимодействие между електрически токове, Това е основата, върху която се изграждат всички теоретични и експериментални произведения, свързани с магнетизма.

Прочетете също по тази тема:Индуктори и магнитни полета