Categories: Articles destacats » Fets interessants
Nombre de visualitzacions: 10237
Comentaris sobre l'article: 2
Magnetisme: De Thales a Maxwell
Mil anys abans de les primeres observacions de fenòmens elèctrics, la humanitat ja s’ha començat a acumular coneixement del magnetisme. I només fa quatre-cents anys, quan tot just començava la formació de la física com a ciència, els investigadors van separar les propietats magnètiques de les substàncies de les seves propietats elèctriques i només després van començar a estudiar-les de manera independent. Això va establir les bases experimentals i teòriques, que es van convertir en la base de e a mitjans del segle XIXteoria de fenòmens elèctrics i magnètics.
Sembla que les propietats inusuals del mineral de ferro magnètic eren conegudes fins a l’època del bronze a Mesopotàmia. I després del començament del desenvolupament de la metal·lúrgia del ferro, la gent es va adonar que atrau productes del ferro. L’antic filòsof i matemàtic grec Thales de la ciutat de Milet (640-546 aC) també va pensar en els motius d’aquesta atracció, va atribuir aquesta atracció a l’animació del mineral.
Els pensadors grecs es van imaginar com les parelles invisibles envolten magnetita i ferro, com aquestes parelles s’atrauen substàncies entre elles. La paraula "Imant" podria ocórrer el nom de la ciutat de Magnesia-i-Sipila a l'Àsia Menor, prop de la qual hi havia la magnetita. Una de les llegendes diu que el pastor Magnis va aparèixer d’alguna manera amb les seves ovelles al costat de la roca, que li van treure la punta de ferro de la seva plantilla i les botes.
En l'antic tractat xinès "Registres de primavera i tardor del mestre Liu" (240 aC), es menciona la propietat de la magnetita per atraure ferro a si mateixa. Cent anys després, els xinesos van assenyalar que la magnetita no atrau el coure ni la ceràmica. Als segles 7-8, es van adonar que una agulla de ferro magnetitzada, en suspensió lliure, gira cap a l'Estrella del Nord.
Així, a la segona meitat del segle XI, es van començar a fabricar brúixols marins a la Xina, que els mariners europeus dominaven només cent anys després dels xinesos. Aleshores, els xinesos ja han descobert la capacitat d’una agulla magnetitzada per desviar-se en la direcció est cap al nord, i així han descobert la declinació magnètica, per davant dels mariners europeus en aquesta, que arribaren a aquesta conclusió exactament al segle XV.
A Europa, el primer que va descriure les propietats dels imants naturals va ser el filòsof de França, Pierre de Maricourt, que el 1269 va servir a l'exèrcit del rei sicilià Carles d'Anjou. Durant el setge d'una de les ciutats italianes, va enviar a un amic a Picardia un document que passava a la història de la ciència amb el nom de "Carta sobre un imant", on parlava dels seus experiments amb mineral magnètic de ferro.
Marikur va assenyalar que en qualsevol peça de magnetita hi ha dues àrees que atrauen el ferro especialment fort. Va notar en això una similitud amb els pols de l’esfera celeste, per la qual cosa va manllevar els seus noms per indicar les àrees de màxima força magnètica. A partir d’aquí, la tradició va començar a anomenar els pols dels imants el pol magnètic sud i nord.
Marikur va escriure que si trenqueu qualsevol tros de magnetita en dues parts, cada fragment tindrà els seus propis pols.
Marikur va connectar per primera vegada l’efecte de repulsió i atracció de pols magnètics amb la interacció de oposats (sud i nord) o pols del mateix nom. Marikur es considera, amb raó, el pioner de l’escola científica experimental europea, les seves notes sobre el magnetisme es van reproduir en desenes de llistes i, amb l’arribada de la impressió, es van publicar en forma de fulletó. Van ser citats per molts naturalistes fins al segle XVII.
Amb dificultat, Marikura també coneixia bé el naturalista, científic i metge anglès William Hilbert. El 1600, va publicar l'obra "En un imant, cossos magnètics i un gran imant: la Terra".En aquest treball, Hilbert va citar tota la informació coneguda en aquell moment sobre les propietats dels materials magnètics naturals i el ferro magnetitzat, i també va descriure els seus propis experiments amb una bola magnètica, en la qual reproduïa un model de magnetisme terrestre.
En particular, va establir experimentalment que als dos pols de la "terra petita" la agulla del compàs gira perpendicularment a la seva superfície, s'instal·la a l'equador en paral·lel i que a les latituds mitjanes es gira a una posició intermèdia. D’aquesta manera, Hilbert va poder simular la inclinació magnètica, coneguda a Europa des de feia més de 50 anys (el 1544 va ser descrita per George Hartmann, mecànic de Nuremberg).
Hilbert també va reproduir la declinació geomagnètica, que va atribuir no a la superfície perfectament llisa de la bola, però a escala planetària va explicar aquest efecte per atracció entre els continents. Va descobrir quanta ferro calent perd les seves propietats magnètiques i, quan es refreda, les restaura. Finalment, Hilbert va ser el primer a distingir clarament entre l’atracció d’un imant i l’atracció de l’ambre fregat amb llana, que va anomenar força elèctrica. Va ser una obra realment innovadora, apreciada tant pels contemporanis com pels descendents. Hilbert va descobrir que la Terra seria considerada amb raó un "gran imant".
Fins al començament del segle XIX, la ciència del magnetisme va avançar molt poc. El 1640, Benedetto Castelli, estudiant de Galileu, va explicar l’atracció de la magnetita amb les moltes partícules magnètiques molt petites que la conformen.
El 1778, Sebald Brugmans, natural de Holanda, va observar com el bismut i l'antimoni repel·len els pols d'una agulla magnètica, que va ser el primer exemple de fenomen físic que Faraday després anomenaria. diamagnetisme.
Charles-Augustin Coulomb el 1785, per mitjà de precisions en un balanç de torsió, va demostrar-ho la força d’interacció dels pols magnètics entre si és inversament proporcional al quadrat de la distància entre els pols - tan exacte com la força d’interacció de les càrregues elèctriques.
Des del 1813, el físic danès Oersted ha intentat diligentment establir una connexió entre l'electricitat i el magnetisme. L’investigador va utilitzar brúixoles com a indicadors, però durant molt de temps no va poder assolir l’objectiu, perquè esperava que la força magnètica fos paral·lela a la corrent i va col·locar el fil elèctric en angle recte amb l’agulla del compàs. La fletxa no va reaccionar davant l'ocurrència de corrent.
A la primavera de 1820, durant una de les conferències, Oersted va treure el fil paral·lel a la fletxa, i no està clar què el va portar a aquesta idea. I així va flotar la fletxa. Per algun motiu Oersted va aturar els experiments durant diversos mesos, després dels quals va tornar a ells i es va adonar que "l'efecte magnètic del corrent elèctric es dirigeix al llarg dels cercles que envolten aquest corrent".
La conclusió va ser paradoxal, perquè abans, les forces rotatives no es manifestaven ni en mecànica ni en altres llocs de la física. Oersted va escriure un article on va exposar les seves troballes i mai no es va dedicar a l'electromagnetisme.
A la tardor del mateix any, el francès Andre-Marie Ampère va començar els experiments. En primer lloc, després d’haver repetit i confirmat els resultats i conclusions d’Oersted, a principis d’octubre va descobrir l’atracció dels conductors si els corrents que hi ha es dirigeixen de la mateixa manera, i la repulsió si els corrents són oposats.
Ampère també va estudiar la interacció entre conductors no paral·lels amb corrent, després la va descriure amb una fórmula anomenada posteriorment Llei d'Ampere. El científic també va demostrar que els cables enrotllats amb corrent giren sota la influència d’un camp magnètic, com passa amb l’agulla de la brúixola.
Finalment, va plantejar la hipòtesi dels corrents moleculars, segons la qual dins dels materials magnetitzats hi ha corrents circulars microscòpics continus paral·lels entre si, que provoquen l’acció magnètica dels materials.
Al mateix temps, Bio i Savard van desenvolupar conjuntament una fórmula matemàtica que permet calcular la intensitat del camp magnètic de corrent continu.
Així, a finals de 1821, Michael Faraday, que ja treballava a Londres, va fabricar un dispositiu en què un conductor que portava corrent girava al voltant d’un imant i un altre imant girava al voltant d’un altre conductor.
Faraday va suggerir que tant l’imant com el filferro queden revestits en línies de força concèntriques, que determinen el seu efecte mecànic.
Amb el temps, Faraday es va convèncer de la realitat física de les línies de força magnètiques. A finals de la dècada de 1830, el científic ja tenia clar que l’energia tant dels imants permanents com dels conductors actuals es distribuïa a l’espai que els envoltava, que s’omplia de línies de força magnètiques. L’agost de 1831 a l’investigador va aconseguir que el magnetisme generi un corrent elèctric.
L’aparell constava d’un anell de ferro amb dos enrotllaments oposats situats al damunt. El primer enrotllament es podia escurçar a una bateria elèctrica i el segon es connectava a un conductor situat damunt de la fletxa de la brúixola magnètica. Quan un corrent directe fluïa pel fil de la primera bobina, la fletxa no va canviar la seva posició, però va començar a oscil·lar-se en els moments d’apagat i d’encesa.
Faraday va concloure que en aquests moments en el filferro de la segona bobina hi havia impulsos elèctrics associats a la desaparició o aparició de línies de camp magnètic. Va fer el descobriment que la causa de la força electromotriu emergent és un canvi en el camp magnètic.
El novembre de 1857, Faraday va escriure una carta a Escòcia al professor Maxwell amb una sol·licitud per donar una forma matemàtica al coneixement de l'electromagnetisme. Maxwell va complir la sol·licitud. El concepte de camp electromagnètic va trobar un lloc el 1864 a les seves memòries.
Maxwell va introduir el terme "camp" per referir-se a la part de l'espai que envolta i conté cossos que es troben en un estat magnètic o elèctric, i va remarcar que aquest espai en si mateix pot estar buit i omplir absolutament qualsevol tipus de matèria, però el camp encara tindrà el lloc.
El 1873, Maxwell va publicar El tractat sobre l'electricitat i el magnetisme, on va introduir un sistema d'equacions que combina fenòmens electromagnètics. Els va donar el nom de les equacions generals del camp electromagnètic, i fins avui s’anomenen equacions de Maxwell. Segons la teoria de Maxwell el magnetisme és un tipus d’interacció especial entre els corrents elèctrics. Aquest és el fonament sobre el qual es construeixen tots els treballs teòrics i experimentals relacionats amb el magnetisme.
Llegiu també sobre aquest tema:Inductors i camps magnètics
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com:
