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Magnetismo - Da Thales a Maxwell
Mille anni prima delle prime osservazioni sui fenomeni elettrici, l'umanità ha già iniziato ad accumularsi conoscenza del magnetismo. E solo quattrocento anni fa, quando la formazione della fisica come scienza era appena iniziata, i ricercatori hanno separato le proprietà magnetiche delle sostanze dalle loro proprietà elettriche, e solo dopo hanno iniziato a studiarle in modo indipendente. Ciò pose le basi sperimentali e teoriche, che divenne la fondazione di e entro la metà del 19 ° secoloteoria dei fenomeni elettrici e magnetici.
Sembra che le insolite proprietà del minerale di ferro magnetico fossero note fin dall'età del bronzo in Mesopotamia. E dopo l'inizio dello sviluppo della metallurgia del ferro, la gente ha notato che attrae prodotti di ferro. Anche l'antico filosofo e matematico greco Thales della città di Mileto (640-546 a.C.) pensò ai motivi di questa attrazione, spiegando questa attrazione con l'animazione del minerale.
I pensatori greci hanno immaginato come coppie invisibili avvolgono la magnetite e il ferro, in che modo queste coppie si attraggono le sostanze. La parola "Magnet" potrebbe capitare il nome della città di Magnesia-u-Sipila in Asia Minore, vicino alla quale giaceva la magnetite. Una delle leggende dice che il pastore Magnis apparve in qualche modo con le sue pecore vicino alla roccia, che tirò la punta di ferro del suo bastone e gli stivali su di lui.
Nell'antico trattato cinese "Record di primavera e autunno del Maestro Liu" (240 a.C.), viene menzionata la proprietà della magnetite per attirare il ferro verso se stessa. Dopo cento anni, i cinesi hanno notato che la magnetite non attira rame o ceramica. Nei secoli 7-8, notarono che un ago di ferro magnetizzato, sospeso liberamente, si volta verso la stella polare.
Quindi, nella seconda metà dell'XI secolo, la Cina iniziò a produrre bussole marine, che i marinai europei avevano dominato solo cento anni dopo i cinesi. Quindi i cinesi hanno già scoperto la capacità di un ago magnetizzato di deviare nella direzione est del nord, e quindi hanno scoperto la declinazione magnetica, prima dei marinai europei in questo, che arrivarono esattamente a questa conclusione solo nel 15 ° secolo.
In Europa, il primo a descrivere le proprietà dei magneti naturali fu il filosofo francese, Pierre de Maricourt, che nel 1269 prestò servizio nell'esercito del re siciliano Carlo d'Angiò. Durante l'assedio di una delle città italiane, inviò a un amico in Piccardia un documento che passò alla storia della scienza sotto il nome di "Lettera su un magnete", dove parlò dei suoi esperimenti con il minerale di ferro magnetico.
Marikur ha osservato che in ogni pezzo di magnetite ci sono due aree che attirano il ferro in modo particolarmente forte. Notò in questa somiglianza con i poli della sfera celeste, quindi prese in prestito i loro nomi per indicare le aree di massima forza magnetica. Da lì la tradizione iniziò a chiamare i poli dei magneti poli sud e nord.
Marikur ha scritto che se si rompe un pezzo di magnetite in due parti, ogni polo avrà i suoi poli.
Marikur per la prima volta ha collegato l'effetto della repulsione e l'attrazione dei poli magnetici con l'interazione dell'opposto (sud e nord), o poli con lo stesso nome. Marikur è giustamente considerato il pioniere della scuola scientifica sperimentale europea, i suoi appunti sul magnetismo sono stati riprodotti in dozzine di elenchi e, con l'avvento della stampa, sono stati pubblicati sotto forma di brochure. Sono stati citati da molti naturalisti fino al 17 ° secolo.
Con difficoltà, Marikura conosceva bene anche il naturalista, scienziato e medico inglese William Hilbert. Nel 1600, ha pubblicato il lavoro su Magnet, Magnetic Bodies e the Big Magnet - the Earth.In questo lavoro, Hilbert citò tutte le informazioni conosciute in quel momento sulle proprietà dei materiali magnetici naturali e del ferro magnetizzato e descrisse anche i suoi stessi esperimenti con una sfera magnetica, in cui riproduceva il modello del magnetismo terrestre.
In particolare, ha stabilito sperimentalmente che su entrambi i poli della "piccola terra" l'ago della bussola ruota perpendicolarmente alla sua superficie, è installato sull'equatore in parallelo e a metà latitudine è ruotato in una posizione intermedia. In questo modo, Hilbert fu in grado di simulare l'inclinazione magnetica, che era nota in Europa da oltre 50 anni (nel 1544 fu descritta da George Hartmann, un meccanico di Norimberga).
Hilbert ha anche riprodotto la declinazione geomagnetica, che ha attribuito non alla superficie perfettamente liscia della palla, ma su scala planetaria ha spiegato questo effetto per attrazione tra i continenti. Ha scoperto quanto ferro caldo perde le sue proprietà magnetiche e, una volta raffreddato, le ripristina. Infine, Hilbert fu il primo a distinguere chiaramente tra l'attrazione di un magnete e l'attrazione dell'ambra sfregata con lana, che chiamò forza elettrica. Era un'opera davvero innovativa, apprezzata sia dai contemporanei che dai discendenti. Hilbert scoprì che la Terra sarebbe stata giustamente considerata un "grande magnete".
Fino all'inizio del XIX secolo, la scienza del magnetismo avanzò molto poco. Nel 1640 Benedetto Castelli, uno studente di Galileo, spiegò l'attrazione della magnetite con le tante piccolissime particelle magnetiche che la compongono.
Nel 1778, Sebald Brugmans, originario dell'Olanda, notò come il bismuto e l'antimonio respingessero i poli di un ago magnetico, che fu il primo esempio di un fenomeno fisico che Faraday avrebbe successivamente chiamato diamagnetismo.
Charles-Augustin Coulomb nel 1785, attraverso misurazioni accurate su un equilibrio di torsione, lo dimostrò la forza di interazione dei poli magnetici tra loro è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra i poli - esatto quanto la forza di interazione delle cariche elettriche.
Dal 1813, il fisico danese Oersted ha cercato diligentemente di stabilire sperimentalmente la connessione tra elettricità e magnetismo. Il ricercatore usò le bussole come indicatori, ma per molto tempo non riuscì a raggiungere l'obiettivo, perché si aspettava che la forza magnetica fosse parallela alla corrente e posizionò il filo elettrico ad angolo retto rispetto all'ago della bussola. La freccia non ha reagito al verificarsi della corrente.
Nella primavera del 1820, durante una delle lezioni, Oersted tirò il filo parallelamente alla freccia, e non è chiaro cosa lo abbia portato a questa idea. E così la freccia oscillò. Oersted per qualche motivo interruppe gli esperimenti per diversi mesi, dopo di che tornò da loro e si rese conto che "l'effetto magnetico della corrente elettrica è diretto lungo i cerchi che circondano questa corrente".
La conclusione fu paradossale, perché prima le forze rotanti non si manifestavano né in meccanica né altrove in fisica. Oersted scrisse un articolo in cui descriveva le sue scoperte e non era più impegnato nell'elettromagnetismo.
Nell'autunno dello stesso anno, il francese Andre-Marie Ampère iniziò gli esperimenti. Innanzitutto, dopo aver ripetuto e confermato i risultati e le conclusioni di Oersted, all'inizio di ottobre ha scoperto l'attrazione dei conduttori se le correnti in essi sono dirette allo stesso modo e la repulsione se le correnti sono opposte.
Ampère ha anche studiato l'interazione tra i conduttori non paralleli con la corrente, dopo di che l'ha descritta con una formula chiamata più tardi Legge di Ampere. Lo scienziato ha anche mostrato che i fili a spirale con corrente ruotano sotto l'influenza di un campo magnetico, come accade con l'ago della bussola.
Infine, ha avanzato l'ipotesi delle correnti molecolari, secondo la quale all'interno dei materiali magnetizzati vi sono correnti circolari microscopiche continue parallele tra loro, che causano l'azione magnetica dei materiali.
Allo stesso tempo, Bio e Savard hanno sviluppato congiuntamente una formula matematica che consente di calcolare l'intensità del campo magnetico CC.
E così, alla fine del 1821, Michael Faraday, già lavorando a Londra, realizzò un dispositivo in cui un conduttore che trasportava corrente ruotava attorno a un magnete e un altro magnete ruotava attorno a un altro conduttore.
Faraday ha suggerito che sia il magnete che il filo siano avvolti in linee concentriche di forza, che determinano il loro effetto meccanico.
Nel tempo, Faraday si convinse della realtà fisica delle linee magnetiche di forza. Alla fine del 1830, lo scienziato era già chiaramente consapevole che l'energia dei magneti permanenti e dei conduttori attuali era distribuita nello spazio che li circondava, che era pieno di linee magnetiche di forza. Nell'agosto 1831 al ricercatore riuscito a ottenere il magnetismo per generare una corrente elettrica.
Il dispositivo consisteva in un anello di ferro con due avvolgimenti opposti situati su di esso. Il primo avvolgimento poteva essere messo in corto circuito con una batteria elettrica, e il secondo era collegato a un conduttore posto sopra la freccia della bussola magnetica. Quando una corrente continua scorreva attraverso il filo della prima bobina, la freccia non cambiava posizione, ma iniziava a oscillare nei momenti di spegnimento e accensione.
Faraday concluse che in questi momenti nel filo del secondo avvolgimento c'erano impulsi elettrici associati alla scomparsa o al verificarsi di linee di campo magnetico. Ha fatto questa scoperta la causa della forza elettromotrice emergente è un cambiamento nel campo magnetico.
Nel novembre 1857, Faraday scrisse una lettera in Scozia al professor Maxwell con una richiesta di dare una forma matematica alla conoscenza dell'elettromagnetismo. Maxwell ha soddisfatto la richiesta. Il concetto di campo elettromagnetico trovò posto nel 1864 nelle sue memorie.
Maxwell ha introdotto il termine "campo" per riferirsi alla parte dello spazio che circonda e contiene corpi che si trovano in uno stato magnetico o elettrico, e ha sottolineato che questo spazio stesso può essere vuoto e riempito con qualsiasi tipo di materia, ma il campo avrà ancora il posto.
Nel 1873, Maxwell pubblicò A Treatise on Electricity and Magnetism, dove introdusse un sistema di equazioni che combinavano fenomeni elettromagnetici. Diede loro il nome delle equazioni generali del campo elettromagnetico e fino ad oggi sono chiamate equazioni di Maxwell. Secondo la teoria di Maxwell il magnetismo è un tipo speciale di interazione tra correnti elettriche. Questa è la base su cui sono costruite tutte le opere teoriche e sperimentali relative al magnetismo.
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