Từ tính - Từ Thales đến Maxwell

Một ngàn năm trước những quan sát đầu tiên về hiện tượng điện, loài người đã bắt đầu tích lũy kiến thức về từ tính. Và chỉ bốn trăm năm trước, khi sự hình thành vật lý như một khoa học mới chỉ bắt đầu, các nhà nghiên cứu đã tách các tính chất từ ​​tính của các chất ra khỏi tính chất điện của chúng và chỉ sau đó chúng bắt đầu nghiên cứu chúng một cách độc lập. Điều này đặt nền tảng thực nghiệm và lý thuyết, trở thành nền tảng của e vào giữa thế kỷ 19lý thuyết về hiện tượng điện và từ.

Dường như các tính chất bất thường của quặng sắt từ tính được biết đến từ thời đại đồ đồng ở Mesopotamia. Và sau khi bắt đầu phát triển luyện kim sắt, mọi người nhận thấy rằng nó thu hút các sản phẩm sắt. Nhà triết học và toán học Hy Lạp cổ đại Thales đến từ thành phố Miletus (640−546 trước Công nguyên) cũng đã nghĩ về những lý do cho sự hấp dẫn này, ông giải thích sự hấp dẫn này bằng hoạt hình của khoáng sản.

Các nhà tư tưởng Hy Lạp tưởng tượng làm thế nào các cặp vô hình bao bọc từ tính và sắt, làm thế nào các cặp này thu hút các chất với nhau. Từ "Nam châm" nó có thể xảy ra tên của thành phố Magnesia-u-Sipila ở Tiểu Á, gần đó là từ trường. Một trong những truyền thuyết nói rằng người chăn cừu Magnis bằng cách nào đó đã xuất hiện cùng với con cừu của mình bên cạnh tảng đá, kéo đầu sắt của nhân viên và đi ủng cho anh ta.

Trong chuyên luận cổ đại của Trung Quốc "Hồ sơ mùa xuân và mùa thu của Master Liu" (240 trước Công nguyên), tính chất của từ tính để thu hút sắt đối với chính nó được đề cập. Sau một trăm năm, người Trung Quốc lưu ý rằng từ tính không thu hút được đồng hay gốm. Vào thế kỷ 7-8, họ nhận thấy rằng một cây kim sắt bị nhiễm từ, đang lơ lửng tự do, quay về phía Sao Bắc Đẩu.

Vì vậy, đến nửa sau của thế kỷ 11, Trung Quốc bắt đầu sản xuất la bàn biển, mà các thủy thủ châu Âu làm chủ chỉ một trăm năm sau Trung Quốc. Sau đó, người Trung Quốc đã phát hiện ra khả năng của một chiếc kim từ tính đi chệch hướng về phía đông của miền bắc, và do đó đã phát hiện ra sự suy giảm từ tính, trước các thủy thủ châu Âu trong đó, người đã đi đến kết luận chính xác chỉ trong thế kỷ 15.

Ở châu Âu, người đầu tiên mô tả các thuộc tính của nam châm tự nhiên là nhà triết học đến từ Pháp, Pierre de Maricourt, người vào năm 1269 phục vụ trong quân đội của vua Sicilia Charles xứ Anjou. Trong cuộc bao vây một trong những thành phố của Ý, anh ta đã gửi cho một người bạn đến Picardy một tài liệu đi vào lịch sử khoa học dưới cái tên Thư Thư về một nam châm, nơi anh ta nói về những thí nghiệm của mình với quặng sắt từ tính.

Marikur lưu ý rằng trong bất kỳ mảnh từ tính nào cũng có hai khu vực thu hút sắt đặc biệt mạnh mẽ. Anh ta nhận thấy trong sự giống nhau này với các cực của thiên thể, vì vậy anh ta đã mượn tên của chúng để chỉ ra các khu vực có lực từ tối đa. Từ đó, truyền thống bắt đầu gọi các cực của nam châm là các cực từ nam và bắc.

Marikur đã viết rằng nếu bạn phá vỡ bất kỳ mảnh từ tính nào thành hai phần, thì mỗi cực sẽ có các cực riêng.

Marikur lần đầu tiên kết nối hiệu ứng đẩy và thu hút các cực từ với sự tương tác của đối diện (nam và bắc), hoặc các cực cùng tên. Marikur được coi là người tiên phong của trường khoa học thực nghiệm châu Âu, các ghi chú của ông về từ tính được sao chép trong hàng tá danh sách, và với sự ra đời của in ấn, chúng đã được xuất bản dưới dạng một tập tài liệu. Chúng được trích dẫn bởi nhiều nhà tự nhiên cho đến thế kỷ 17.

Với khó khăn, Marikura cũng được làm quen với nhà tự nhiên học, nhà khoa học và bác sĩ người Anh William Hilbert. Năm 1600, ông đã xuất bản tác phẩm On Magnet, From Bodies và Big Magnet - Trái đất.Trong tác phẩm này, Hilbert đã trích dẫn tất cả các thông tin được biết vào thời điểm đó về các tính chất của vật liệu từ tính tự nhiên và sắt từ hóa, và cũng mô tả các thí nghiệm của riêng mình với một quả bóng từ tính, trong đó ông tái tạo mô hình từ tính trên mặt đất.

Cụ thể, ông đã thiết lập bằng thực nghiệm rằng ở cả hai cực của "trái đất nhỏ", kim la bàn quay vuông góc với bề mặt của nó, nó được đặt song song ở xích đạo và ở vĩ độ trung bình, nó được quay ở vị trí trung gian. Bằng cách này, Hilbert đã có thể mô phỏng độ nghiêng từ tính, được biết đến ở châu Âu trong hơn 50 năm (năm 1544, nó được mô tả bởi Georg Hartman, một thợ máy từ Niedersen).

Hilbert cũng tái tạo sự suy giảm địa từ, mà ông cho rằng không phải là bề mặt nhẵn hoàn toàn của quả bóng, nhưng trên quy mô hành tinh, ông đã giải thích hiệu ứng này bằng cách thu hút giữa các lục địa. Ông phát hiện ra có bao nhiêu sắt nóng mất tính chất từ ​​tính của nó, và khi được làm mát, khôi phục chúng. Cuối cùng, Hilbert là người đầu tiên phân biệt rõ ràng giữa sức hút của nam châm và sức hút của hổ phách cọ xát với len, mà ông gọi là lực điện. Đó là một công việc thực sự sáng tạo, được cả người đương thời và con cháu đánh giá cao. Hilbert phát hiện ra rằng Trái đất sẽ được coi là một "nam châm lớn".

Cho đến đầu thế kỷ 19, khoa học từ tính tiến bộ rất ít. Năm 1640, Benedetto Castelli, một sinh viên của Galileo, đã giải thích sự thu hút của từ tính với nhiều hạt từ tính rất nhỏ tạo nên nó.

Vào năm 1778, Sebald Brugmans, một người gốc Hà Lan, đã chú ý đến cách bismuth và antimon đẩy lùi các cực của kim từ tính, đây là ví dụ đầu tiên về hiện tượng vật lý mà Faraday sau này sẽ gọi diamagnetism.

Charles-Augustin Coulomb năm 1785, thông qua các phép đo chính xác trên cân bằng xoắn, đã chứng minh rằng lực tương tác của các cực từ với nhau tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các cực - chính xác như lực tương tác của điện tích.

Từ năm 1813, nhà vật lý người Đan Mạch Oersted đã siêng năng cố gắng thiết lập thực nghiệm kết nối giữa điện và từ. Nhà nghiên cứu đã sử dụng la bàn làm chỉ số, nhưng trong một thời gian dài, anh ta không thể đạt được mục tiêu, vì anh ta dự đoán rằng lực từ song song với dòng điện và đặt dây điện đúng góc với kim la bàn. Mũi tên không phản ứng với sự xuất hiện của dòng điện.

Vào mùa xuân năm 1820, trong một trong những bài giảng, Oersted kéo dây song song với mũi tên, và không rõ điều gì đã dẫn ông đến ý tưởng này. Và thế là mũi tên vung lên. Vì một số lý do, Oersted đã dừng các thí nghiệm trong vài tháng, sau đó anh quay lại với họ và nhận ra rằng "hiệu ứng từ của dòng điện được dẫn dọc theo các vòng tròn bao quanh dòng điện này".

Kết luận là nghịch lý, bởi vì trước đây, các lực quay không biểu hiện hoặc trong cơ học hoặc các nơi khác trong vật lý. Oersted đã viết một bài báo trong đó ông phác thảo những phát hiện của mình, và không bao giờ tham gia vào điện từ nữa.

Vào mùa thu cùng năm, người Pháp Andre-Marie Ampère bắt đầu thí nghiệm. Đầu tiên và quan trọng nhất, đã lặp đi lặp lại và xác nhận kết quả và kết luận của Oersted, vào đầu tháng 10, ông đã phát hiện ra sự hấp dẫn của dây dẫn nếu dòng điện trong chúng được dẫn theo cùng một cách, và đẩy lùi nếu dòng điện ngược chiều.

Ampère cũng nghiên cứu sự tương tác giữa các dây dẫn không song song với dòng điện, sau đó ông đã mô tả nó với một công thức gọi là sau Định luật của Ampe. Nhà khoa học cũng chỉ ra rằng các dây cuộn có dòng điện xoay dưới tác động của từ trường, như xảy ra với kim la bàn.

Cuối cùng, ông đưa ra giả thuyết về dòng điện phân tử, theo đó bên trong vật liệu từ hóa có dòng điện tròn siêu nhỏ liên tục song song với nhau, gây ra tác động từ tính của vật liệu.

Đồng thời, Bio và Savard cùng phát triển một công thức toán học cho phép tính cường độ của từ trường DC.

Và vì vậy, vào cuối năm 1821, Michael Faraday, hiện đang làm việc ở London, đã chế tạo một thiết bị trong đó một dây dẫn mang dòng điện xoay quanh một nam châm và một nam châm khác xoay quanh một dây dẫn khác.

Faraday cho rằng cả nam châm và dây đều được bọc trong các đường lực đồng tâm, xác định tác dụng cơ học của chúng.

Theo thời gian, Faraday bị thuyết phục về thực tế vật lý của các lực từ. Đến cuối những năm 1830, nhà khoa học đã nhận thức rõ ràng rằng năng lượng của cả nam châm vĩnh cửu và dây dẫn hiện tại được phân phối trong không gian xung quanh chúng, chứa đầy các lực từ. Vào tháng 8 năm 1831 cho nhà nghiên cứu quản lý để có được từ tính để tạo ra một dòng điện.

Thiết bị này bao gồm một vòng sắt với hai cuộn dây đối diện nằm trên nó. Cuộn dây đầu tiên có thể được nối ngắn với pin điện và dây thứ hai được nối với một dây dẫn đặt phía trên mũi tên của la bàn từ tính. Khi một dòng điện trực tiếp chạy qua dây của cuộn dây thứ nhất, mũi tên không thay đổi vị trí của nó, mà bắt đầu dao động tại thời điểm tắt và bật.

Faraday kết luận rằng tại những thời điểm này trong dây của cuộn dây thứ hai có các xung điện liên quan đến sự biến mất hoặc xuất hiện của các đường sức từ. Ông đã khám phá ra rằng nguyên nhân của lực điện động mới nổi là sự thay đổi từ trường.

Vào tháng 11 năm 1857, Faraday đã viết một bức thư cho Scotland cho Giáo sư Maxwell với yêu cầu đưa ra một dạng toán học cho kiến ​​thức về điện từ. Maxwell hoàn thành yêu cầu. Khái niệm về trường điện từ tìm thấy một nơi vào năm 1864 trong hồi ký của mình.

Maxwell đã giới thiệu thuật ngữ trường Field, để chỉ một phần của không gian bao quanh và chứa các vật thể ở trạng thái từ tính hoặc điện, và ông nhấn mạnh rằng chính không gian này có thể trống rỗng và chứa đầy bất kỳ loại vật chất nào, nhưng trường vẫn sẽ có địa điểm

Năm 1873, Maxwell đã xuất bản một chuyên luận về điện và từ, trong đó ông giới thiệu một hệ phương trình kết hợp các hiện tượng điện từ. Ông đặt cho chúng tên của các phương trình tổng quát của trường điện từ và cho đến ngày nay chúng được gọi là phương trình Maxwell. Theo lý thuyết của Maxwell từ tính là một loại tương tác đặc biệt giữa các dòng điện. Đây là nền tảng mà trên đó tất cả các công trình lý thuyết và thực nghiệm liên quan đến từ tính được xây dựng.

Đọc thêm về chủ đề này:Cuộn cảm và từ trường

Comments

[#1 Linh tinh]

Từ tính hay sự hấp dẫn của hai đối tượng là một điều rất buồn cười. Trong thời thơ ấu, lược thường được cọ xát trên tóc, do đó từ hóa nó và thu hút các mảnh giấy vào chính nó. Hoặc một thanh gỗ mun ...

Và với bản thân nam châm, nói chung là rất thú vị để gây rối. Tất nhiên, các nhà khoa học không thể bỏ qua hiện tượng này. Thật thú vị và bổ ích khi đọc lịch sử của các sự kiện.

[#2 Natalya]

Rất mát mẻ và nhiều thông tin. Cảm ơn bạn rất nhiều, chỉ ở trường chúng tôi trải qua từ tính, bài viết đã có ích: 3