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Magnetismo: de Tales a Maxwell
Mil años antes de las primeras observaciones de fenómenos eléctricos, la humanidad ya ha comenzado a acumularse conocimiento del magnetismo. Y solo hace cuatrocientos años, cuando la formación de la física como ciencia apenas comenzaba, los investigadores separaron las propiedades magnéticas de las sustancias de sus propiedades eléctricas, y solo después de eso comenzaron a estudiarlas de forma independiente. Esto sentó las bases experimentales y teóricas, que se convirtieron en la base de e a mediados del siglo XIX.teoría de los fenómenos eléctricos y magnéticos..
Parece que las propiedades inusuales del mineral de hierro magnético se conocían ya en la Edad del Bronce en Mesopotamia. Y después del comienzo del desarrollo de la metalurgia del hierro, las personas notaron que atrae productos de hierro. El antiguo filósofo y matemático griego Tales de la ciudad de Mileto (640-546 a. C.) también pensó en los motivos de esta atracción, atribuyó esta atracción a la animación del mineral.
Los pensadores griegos imaginaron cómo los pares invisibles envuelven la magnetita y el hierro, cómo estos pares atraen sustancias entre sí. La palabra "Imán" podría suceder el nombre de la ciudad de Magnesia-u-Sipila en Asia Menor, cerca de la cual yacía la magnetita. Una de las leyendas dice que el pastor Magnis apareció de alguna manera con sus ovejas junto a la roca, que atrajo la punta de hierro de su bastón y sus botas hacia él.
En el antiguo tratado chino "Registros de primavera y otoño del maestro Liu" (240 a. C.), se menciona la propiedad de la magnetita para atraer hierro a sí misma. Después de cien años, los chinos notaron que la magnetita no atrae el cobre o la cerámica. En los siglos 7-8, notaron que una aguja de hierro magnetizada, suspendida libremente, gira hacia la Estrella del Norte.
Entonces, en la segunda mitad del siglo XI, China comenzó a fabricar brújulas marinas, que los marineros europeos dominaron solo cien años después que los chinos. Luego, los chinos ya descubrieron la capacidad de una aguja magnetizada para desviarse en dirección al este del norte, y descubrieron así la declinación magnética, por delante de los marineros europeos en esto, que llegaron exactamente a esa conclusión solo en el siglo XV.
En Europa, el primero en describir las propiedades de los imanes naturales fue el filósofo de Francia, Pierre de Maricourt, quien en 1269 sirvió en el ejército del rey siciliano Carlos de Anjou. Durante el asedio de una de las ciudades italianas, envió a un amigo a Picardía un documento que pasó a la historia de la ciencia bajo el nombre de "Carta sobre un imán", donde habló sobre sus experimentos con mineral de hierro magnético.
Marikur señaló que en cualquier pieza de magnetita hay dos áreas que atraen el hierro especialmente fuerte. Se dio cuenta de esta semejanza con los polos de la esfera celeste, por lo que tomó prestados sus nombres para denotar las áreas de máxima fuerza magnética. A partir de ahí, la tradición comenzó a llamar a los polos de los imanes los polos magnéticos sur y norte.
Marikur escribió que si se rompe cualquier pieza de magnetita en dos partes, cada polo tendrá sus propios polos.
Marikur por primera vez conectó el efecto de repulsión y atracción de los polos magnéticos con la interacción de polos opuestos (sur y norte), o polos del mismo nombre. Marikur es considerado con razón el pionero de la escuela científica experimental europea, sus notas sobre el magnetismo se reprodujeron en docenas de listas y, con el advenimiento de la impresión, se publicaron en forma de folleto. Fueron citados por muchos naturalistas hasta el siglo XVII.
Con dificultad, Marikura también conocía bien al naturalista, científico y médico inglés William Hilbert. En 1600, publicó el trabajo On Magnet, Magnetic Bodies, and the Big Magnet - the Earth.En este trabajo, Hilbert citó toda la información conocida en ese momento sobre las propiedades de los materiales magnéticos naturales y el hierro magnetizado, y también describió sus propios experimentos con una bola magnética, en la que reprodujo el modelo de magnetismo terrestre.
En particular, estableció experimentalmente que en ambos polos de la "tierra pequeña" la aguja de la brújula gira perpendicularmente a su superficie, se instala en el ecuador en paralelo y en las latitudes medias se gira a una posición intermedia. De esta manera, Hilbert pudo simular la inclinación magnética, que era conocida en Europa por más de 50 años (en 1544 fue descrita por George Hartmann, un mecánico de Nuremberg).
Hilbert también reprodujo la declinación geomagnética, que atribuyó no a la superficie perfectamente lisa de la pelota, sino que a escala planetaria explicó este efecto por atracción entre los continentes. Descubrió cuánto hierro caliente pierde sus propiedades magnéticas y, cuando se enfría, las restaura. Finalmente, Hilbert fue el primero en distinguir claramente entre la atracción de un imán y la atracción del ámbar frotado con lana, lo que llamó fuerza eléctrica. Fue un trabajo verdaderamente innovador, apreciado tanto por los contemporáneos como por los descendientes. Hilbert descubrió que la Tierra sería considerada correctamente un "gran imán".
Hasta principios del siglo XIX, la ciencia del magnetismo avanzó muy poco. En 1640, Benedetto Castelli, un estudiante de Galileo, explicó la atracción de la magnetita con las muchas partículas magnéticas muy pequeñas que la componen.
En 1778, Sebald Brugmans, oriundo de Holanda, notó cómo el bismuto y el antimonio repelían los polos de una aguja magnética, que era el primer ejemplo de un fenómeno físico que Faraday llamaría más tarde. diamagnetismo.
Charles-Augustin Coulomb en 1785, a través de mediciones precisas en un equilibrio de torsión, demostró que La fuerza de interacción de los polos magnéticos entre sí es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los polos. - tan exacto como la fuerza de interacción de las cargas eléctricas.
Desde 1813, el físico danés Oersted ha estado tratando diligentemente de establecer experimentalmente la conexión entre la electricidad y el magnetismo. El investigador utilizó brújulas como indicadores, pero durante mucho tiempo no pudo alcanzar la meta, porque esperaba que la fuerza magnética fuera paralela a la corriente, y colocó el cable eléctrico en ángulo recto con la aguja de la brújula. La flecha no reaccionó a la aparición de corriente.
En la primavera de 1820, durante una de las conferencias, Oersted tiró del cable paralelo a la flecha, y no está claro qué lo llevó a esta idea. Y entonces la flecha se balanceó. Oersted por alguna razón detuvo los experimentos durante varios meses, después de lo cual regresó a ellos y se dio cuenta de que "el efecto magnético de la corriente eléctrica se dirige a lo largo de los círculos que rodean esta corriente".
La conclusión fue paradójica, porque antes, las fuerzas de rotación no se manifestaban ni en la mecánica ni en ninguna otra parte de la física. Oersted escribió un artículo donde describió sus hallazgos, y nunca más estuvo involucrado en el electromagnetismo.
En el otoño del mismo año, el francés Andre-Marie Ampère comenzó a experimentar. Ante todo, habiendo repetido y confirmado los resultados y conclusiones de Oersted, a principios de octubre descubrió la atracción de los conductores si las corrientes en ellos se dirigen de la misma manera, y la repulsión si las corrientes son opuestas.
Ampère también estudió la interacción entre conductores no paralelos con corriente, después de lo cual lo describió con una fórmula llamada más tarde Ley de amperios. El científico también demostró que los cables en espiral con corriente giran bajo la influencia de un campo magnético, como sucede con la aguja de la brújula.
Finalmente, presentó la hipótesis de las corrientes moleculares, según las cuales dentro de los materiales magnetizados hay corrientes circulares microscópicas continuas paralelas entre sí, que causan la acción magnética de los materiales.
Al mismo tiempo, Bio y Savard desarrollaron conjuntamente una fórmula matemática que permite calcular la intensidad del campo magnético de CC.
Y así, a fines de 1821, Michael Faraday, que ya trabajaba en Londres, fabricó un dispositivo en el que un conductor que transportaba corriente giraba alrededor de un imán y otro imán giraba alrededor de otro conductor.
Faraday sugirió que tanto el imán como el cable están envueltos en líneas concéntricas de fuerza, que determinan su efecto mecánico.
Con el tiempo, Faraday se convenció de la realidad física de las líneas de fuerza magnéticas. A fines de la década de 1830, el científico ya sabía claramente que la energía de los imanes permanentes y los conductores de corriente se distribuía en el espacio que los rodeaba, que estaba lleno de líneas de fuerza magnéticas. En agosto de 1831 al investigador logró obtener magnetismo para generar una corriente eléctrica.
El dispositivo consistía en un anillo de hierro con dos devanados opuestos ubicados en él. El primer devanado podría estar en cortocircuito a una batería eléctrica, y el segundo estaba conectado a un conductor colocado encima de la flecha de la brújula magnética. Cuando una corriente continua fluyó a través del cable de la primera bobina, la flecha no cambió su posición, sino que comenzó a oscilar en el momento en que se apagaba y se encendía.
Faraday concluyó que en estos momentos en el cable del segundo devanado había impulsos eléctricos asociados con la desaparición o aparición de líneas de campo magnético. Hizo el descubrimiento de que La causa de la fuerza electromotriz emergente es un cambio en el campo magnético.
En noviembre de 1857, Faraday escribió una carta a Escocia al profesor Maxwell con una solicitud para dar una forma matemática al conocimiento del electromagnetismo. Maxwell cumplió la solicitud. El concepto de campo electromagnético. Encontró un lugar en 1864 en sus memorias.
Maxwell introdujo el término "campo" para referirse a la parte del espacio que rodea y contiene cuerpos que están en un estado magnético o eléctrico, y enfatizó que este espacio en sí puede estar vacío y lleno de absolutamente cualquier tipo de materia, pero el campo aún tendrá el lugar
En 1873, Maxwell publicó Un tratado sobre electricidad y magnetismo, donde introdujo un sistema de ecuaciones que combinaban fenómenos electromagnéticos. Les dio el nombre de las ecuaciones generales del campo electromagnético, y hasta el día de hoy se llaman ecuaciones de Maxwell. Según la teoría de Maxwell El magnetismo es un tipo especial de interacción entre las corrientes eléctricas.. Esta es la base sobre la cual se construyen todos los trabajos teóricos y experimentales relacionados con el magnetismo.
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