Год открытия. 1820.
Что это? Электрический ток создаёт магнитное поле, и наоборот. Кто это открыл? Ганс Эрстед
Электромагнетизм — это фундаментальная сила в физике, описывающая взаимодействие электрических зарядов и полей, объединяющая электричество и магнетизм в одну силу: электромагнитная сила , управляющая атомами, светом и большинством повседневных сил, таких как трение и прикосновение. Она объясняет, как движущиеся заряды создают магнитные поля, а изменяющиеся магнитные поля создают электрические поля ( электромагнитная индукция ), что составляет основу электродвигателей, генераторов и электромагнитных волн, таких как свет.
Ключевые концепции:
- Электрические поля: создаются неподвижными электрическими зарядами (положительными и отрицательными), вызывающими притяжение или отталкивание.
- Магнитные поля: создаются движущимися зарядами (электрическим током) и присущи таким материалам, как железо, образуя северный и южный полюса.
- Связь: изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, объединяя их.
- Электромагнитная сила: одна из четырех фундаментальных сил, ответственная за большинство взаимодействий в видимом мире, от химических связей до света.
- Электромагнитные волны : осциллирующие электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве (свет, радиоволны, рентгеновские лучи).
Примеры:
- Электромагниты: обмотка провода вокруг железного сердечника создает сильный магнит при прохождении тока; используется в дверных звонках и двигателях.
- Электродвигатели/генераторы: используют электромагнитную индукцию для преобразования электрической энергии в движение и наоборот.
- Свет: форма электромагнитной волны, распространяющейся с постоянной скоростью.
Почему это одно из 100 величайших открытий?
До 1820 года единственным известным нам магнетизмом был естественный магнетизм железных магнитов и магнитных руд – небольших, слабых пеленгаторов. Однако современный мир электродвигателей и электростанций движим мощными электромагнитами. То же самое относится к каждому фену, миксеру и стиральной машине. Наша промышленность, дома и жизнь зависят от электродвигателей, которые, в свою очередь, основаны на электромагнетизме.
Это открытие 1820 года стало одним из важнейших, определивших облик современной жизни. Открытие Эрстеда открыло невиданные ранее возможности для исследований и научного прогресса. Оно сделало возможными работы таких гигантов электродинамики, как Андре Ампер и Вильям Фарадей.
Как это было обнаружено?
Ганс Эрстед родился в 1777 году на юге Дании. Он изучал естественные науки в университете, но гораздо больше склонялся к философии. Эрстед перенял философские учения Джона Риттера, который отстаивал естественнонаучное убеждение в единстве всех природных сил. Эрстед считал, что может проследить происхождение всех природных сил.
Когда ему наконец предложили должность преподавателя естественных наук (в 1813 году), он сосредоточил свои исследовательские усилия на поиске способа проследить происхождение всех химических реакций, чтобы создать естественное единство во всей химии.
Исследования и интерес к электричеству резко возросли после экспериментов Бенджамина Франклина со статическим электричеством и искрами энергии, создаваемыми лейденскими банками. Затем, в 1800 году, Вольта изобрел батарею и первый в мире источник непрерывного электрического тока. Электричество стало научным чудом света. В период с 1800 по 1820 год было опубликовано 68 книг об электричестве.
Лишь немногие учёные подозревали о возможной связи между электричеством и магнетизмом. В 1776 и 1777 годах Баварская академия наук предложила премию тому, кто сможет ответить на этот вопрос. Существует ли физическая аналогия между электрическими и магнитными силами? Победителя не нашли. В 1808 году Лондонское научное общество сделало такое же предложение. Победителя не было.
Весной 1820 года Ханс Эрстед читал лекцию одному из своих студентов, когда произошла удивительная вещь. Он сделал грандиозное открытие — единственное крупное научное открытие перед студентами. Это была простая демонстрация для аспирантов того, как электрический ток нагревает платиновую проволоку.
Эрстед не специализировал свои исследования ни на электричестве, ни на магнетизме. Ни то, ни другое его особо не интересовало. Тем не менее, когда он проводил демонстрацию, рядом на столе случайно оказался игольчатый магнит (стрелка компаса).
Как только Эрстед подключил батарею к своему проводу, стрелка компаса дёрнулась и повернулась, расположившись перпендикулярно платиновой проволоке. Когда он отключил батарею, стрелка вернулась в исходное положение.
Каждый раз, когда он пропускал электрический ток через платиновую проволоку, стрелка возвращалась в перпендикулярное положение. Студенты Эрстеда были заворожены. Эрстед, казалось, был взволнован и перевёл разговор на другую тему.
Эрстед не возвращался к этому удивительному явлению три месяца – до лета 1820 года. Затем он начал серию экспериментов, чтобы выяснить, создаёт ли электрический ток силу, притягивающую стрелку компаса, или отталкивающую её. Он также хотел попытаться связать эту странную силу с Уркрафтом. Читайте так же: Электричество в природе
Он перемещал провод над стрелкой компаса, рядом с ней и под ней. Он менял полярность тока в платиновой проволоке. Он пробовал использовать два провода вместо одного. При каждом изменении провода и силы тока он наблюдал, как эти изменения повлияют на стрелку компаса.
Эрстед наконец понял, что электрический ток создаёт одновременно и притягивающую, и отталкивающую силу. После нескольких месяцев исследований он пришёл к выводу, что электрический ток создаёт магнитную силу, и что эта сила представляет собой совершенно новый тип силы, радикально отличающийся от всех сил, описанных Ньютоном. Эта сила действует не по прямым линиям, а по окружности вокруг провода с током. Он писал, что провода с током, очевидно, проявляют магнитные свойства. Было открыто понятие электромагнетизма.
Интересные факты: Северное сияние (Aurora Borealis) — это электромагнитное явление, возникающее при столкновении электрически заряженных солнечных частиц с магнитным полем Земли. В Южном полушарии эти волнообразные световые завесы образуются вокруг южного полюса и называются южным сиянием (Aurora Australis).
Больше для изучения
Бомонт, Лейонс. Дж. Мемуары Эрстеда. Вашингтон, округ Колумбия. Институт Смитсоновского университета, 1997.
Брейн, Р.М., редактор. Ганс Христиан Эрстед и романский поиск единства. Нью-Йорк. Springer, 2006.
Коэн, Бернард. Революции в науке. Кембридж, Массачусетс. Издательство Гарвардского университета 1995 год.
Дибнер, Берн. Эрстед и открытие электромагнетизма. Кембридж, Массачусетс Библиотека Бернди, 1995.
Эрстед, Ганс. Открытие электромагнетизма, сделанное в 1820 году. Лондон Х. Х. Тейлс, 1994.
