Электричество и магнетизм
В основе современного мира лежит наша возможность использовать энергию, которая порой кажется нам безграничной. Эта технология построена на достижениях физики в области электромагнетизма, хотя эта область попала в сферу интересов исследователей совершенно случайно.
Вплоть до 1820 года электричество и магнетизм изучались раздельно, и люди полагали, что магнитными свойствами обладает только железо. Магниты искусственного происхождения, такие как стрелка компаса, изготавливались либо тщательным растиранием кусков магнетита, либо разрушением кустков магнетита осторожным нагревом и раскалыванием. Пригодные для стрелки кусочки магнетита находили по их ориентации с севера на юг.
Электричество в то время, да и позже, представлялось чем-то совершенно иным — под ним люди понимали переход заряженных флюидов в виде искр или постоянного тока от недавно изобретенного «вольтова столба» и других химических источников тока.
Но связь между этими двумя феноменами становилась все очевиднее, и ее постепенно начали замечать. Например, железные ножи в доме, в который попадала молния, часто теряли свою намагниченность.
Счастливый случай
Ханс Кристиан Эрстед, будучи профессором Копенгагенского университета в Дании, был одним из тех немногих натурфилософов, которые сумели внести свой вклад и в науку, и в философию. Одной из сфер деятельности Эрстеда был анализ трудов Иммануила Канта, немецкого философа, считавшего научные феномены лишь различными гранями того, что лежит в основе природного порядка вещей. По иронии судьбы, самое значительное достижение Эрстеда в науке доказало это!
В апреле 1820 года Эрстед давал лекцию на тему теплового действия электрического тока в металлических проводах и использовал для демонстрации «вольтов столб». На столе для будущей лекции лежал компас. Когда Эрстед включил ток, он заметил, что стрелка компаса незамедлительно повернулась в сторону горячего провода под напряжением. Когда ученый разорвал цепь, стрелка компаса вернулась в прежнее положение и стала показывать, как всегда, на север. Эрстед тут же понял, что это может значить — электрический ток превращает провод во временный магнит. (В наши дни мы назвали бы такой прибор электромагнитом — это очень удобно, когда магнит можно включить и выключить.)
Эрстед решил тогда, что главное звено в этом явлении — это тепло. По его мысли, магнитная сила распространяется от провода подобно теплу или свету. Эрстед экспериментировал с более тонкими проводами, которые нагревались больше, однако магнитный эффект оставался слабым. Хотя выводы ученого и оказались далеко от истины, связь электричества и магнетизма была замечена. Как область физики родился электромагнетизм.
Ампер
Открытие Эрстеда нашло свое подтверждение в исследованиях француза Андрэ-Мари Ампера. Спустя считанные месяцы после доклада Эрстеда Ампер уже представил на суд ученых ясную картину электромагнитных сил. Он показал, что два провода под электричеством ведут себя так же, как провод под электричеством и магнит. Еще он открыл полярность сил магнитного поля, которая меняется при смене направления тока. Текущие в противоположных направлениях токи создают взаимно отталкивающую магнитную силу, тогда как токи одного направления притягиваются друг к другу. В честь Анри Ампера единица электрического тока была названа ампером (обозначается как А).