wi Ιστορική Εξέλιξη Ηλεκτρομαγνητισμού - Αρχές 19ου αιώνα: Η σύντομη διαδρομή από τον ηλεκτρομαγνήτη ως την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή - Orange Light Beams
Cur – Quomodo – Quando
Exploring the Fabric of the Cosmos


Ιστορική Εξέλιξη Ηλεκτρομαγνητισμού - Αρχές 19ου αιώνα: Η σύντομη διαδρομή από τον ηλεκτρομαγνήτη ως την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Τετάρτη, Σεπτεμβρίου 18, 2013

Joseph Henry
Τον Οκτώβριο του 1827, ο διαπρεπής Αμερικανός ερευνητής Joseph Henry, καθηγητής μαθηματικών και φυσικών επιστημών στην Ακαδημία του Όλμπανυ των ΗΠΑ, δημοσίευσε  άρθρο στο οποίο γνωστοποιούσε και περιέγρα-
φε στους ομοεθνείς του επιστήμονες τον ηλεκτρομαγνήτη του William Sturgeon. Ακολούθως, συνδυάζοντας τις ιδέες που σχετίζονταν με τον ηλεκτρομαγνήτη αυτόν και τον «πολλαπλασιαστή» του Schweigger, o Henry βελτίωσε την κατασκευή του ηλεκτρομαγνήτη, χρησιμοποιώντας για πρώτη φορά επάλληλες σπείρες μονωμένου σύρματος, τυλιγμένου σε έναν πεταλοειδή σιδηροπυρήνα.

O ηλεκτρομαγνήτης
του Yale
Το 1829, επέδειξε για πρώτη φορά τον εξελιγμένο ηλεκτρομαγνήτη του, για την κατασκευή του οποίου χρησιμοποίησε 400 τόνους σύρματος. Περαιτέρω λεπτομέρειες για αυτόν δεν είναι γνωστές. Αργότερα, το ίδιο έτος, ολοκλήρωσε την κατασκευή δεύτερου μαγνήτη, ο οποίος αποτελούταν από σιδηροπυρήνα μισής ίντσας, τυλιγμένον με αρκετές συρμάτινες σπείρες. Αυτός, τροφοδοτούμενος από μπαταρία μικρής ισχύος, ήταν ικανός να ανασηκώσει μάζα περίπου 18 kg. Ακολούθησε η κατασκευή ισχυρότερων ηλεκτρομαγνητών, όπως αυτός που παρουσίασε το 1831 στους φοιτητές του, στο Κολλέγιο του Yale, ικανός να σηκώσει 938,6 kg.

Το 1830 ο Henry κατάφερε να συνδέσει έναν ηλεκτρομαγνήτη στην μία άκρη αγώγιμης γραμμής 314 μέτρων και να τον χειριστεί επιτυχώς από την άλλη άκρη. Η επισήμανσή του ότι τοιουτοτρόπως ήταν δυνατή η εξ αποστάσεως επικοινωνία, έθεσε τα θεμέλια για την κατασκευή του πρώτου τηλέγραφου.

George Green
Τη σκυτάλη στη θεωρητική έρευνα του Ηλεκτρομαγνητισμού πήρε ένας ιδιοφυής, αυτοδίδακτος άνδρας, γιος αρτοποιού, με ελάχιστη κλασσική προπαιδεία, ο George Green (1793-1841), ο οποίος, επεκτείνοντας το έργο του Poisson, εισήγαγε την ιδέα των συναρτήσεων δυναμικού, όπως σήμερα χρησιμοποιούνται από την Μαθηματική Φυσική, καλούμενες συναρτήσεις Green. Η πραγματεία του, An Essay on the Application of Mathematical Analysis to the Theories of Electricity and Magnetism[1], δημοσιευμένη το 1828, εισήγαγε πολλές σημαντικές έννοιες και θεωρήματα και συνόψισε την πρώτη ολοκληρωμένη μαθηματική θεωρία του Ηλεκτρισμού και του Μαγνητισμού. Παρ' όλο που το σπουδαίο αυτό έργο του Green αγνοήθηκε από τους μαθηματικούς ως το 1846, αποτέλεσε μία από τις βασικές θεμέλιες λίθους του θεωρητικού οικοδομήματος του Ηλεκτρομαγνητισμού, που αναπτύχθηκε στη συνέχεια από σπουδαίους ερευνητές.

Michael Faraday
Η ραγδαία πρόοδος του Ηλεκτρομαγνητισμού που ακολούθησε, πιστώνεται κατά ένα σημαντικό μέρος, στον Άγγλο φυσικό Michael Faraday (1791-1867), έναν ευρυμαθή άνθρωπο, που ξεκίνησε την επαγγελματική του σταδιοδρομία ως βιβλιοδέτης. Ο Faraday αποτελεί μια ιδιαίτερη περίπτωση στην Ιστορία της Σύγχρονης Επιστήμης. Πρόκειται για έναν -κατά γενική ομολογία- σπουδαίο ερευνητή, που όμως αγνοούσε την μαθηματική γλώσσα της επιστήμης του. Το σοβαρό αυτό μειονέκτημα και η αδυναμία του να εκτελεί αφαιρετικές διαδικασίες, αντισταθμίζονταν από την πλούσια φαντασία του και μία εξαιρετική αντίληψη του χώρου. 

Ακόμη κι έτσι όμως, είναι βέβαιο, πως η γνώση των μαθηματικών θα τον είχε βοηθήσει ακόμη περισσότερο τις έρευνές του, και θα τον είχε πιθανότατα οδηγήσει σε προβλέψεις και ανακαλύψεις που έγιναν πολύ αργότερα. Εν τέλει, δεδομένων των συνθηκών, η αδυναμία του να περπατήσει στα δύσκολα μονοπάτια της Θεωρητικής Φυσικής, τον οδήγησε στον ευκολότερο, ασφαλέστερο και κυρίως περισσότερο συγκεκριμένο δρόμο της Πειραματικής Φυσικής. Ο Faraday υπήρξε δεινός πειραματιστής, έτσι ώστε σήμερα να θεωρείται ο μεγαλύτερος πειραματικός φυσικός όλων των εποχών, ο πρίγκιπας των πειραματιστών.

O Michael Faraday πειραματιζόμενος
Ανατρέχοντας κάποιος στο έργο του Faraday, δεν μπορεί να μην απορήσει για τα επιτεύγματα στα οποία τον οδήγησε ο ιδιαίτερος τρόπος που αντιλαμβανόταν τον χώρο και η μαθηματική λογική του, που δεν μπορούσε όμως να εκφραστεί με τα συνήθη μαθηματικά σύμβολα. Το έργο του Faraday, ακριβώς για τον λόγο αυτό, εξαίρει ο James Maxwell, στον πρόλογο του διάσημου έργου του Πραγματεία στον Ηλεκτρισμό και τον Μαγνητισμό[2]. Σημειώνεται ότι εδώ, ο Maxwell αποδεικνύεται μάλλον γενναιόδωρος ως προς τον Faraday, καθώς η αλήθεια είναι ότι η παραγωγική μέθοδός του, δύσκολα μπορεί πλέον να αποδώσει καρπούς και επιπροσθέτως ο ίδιος ήταν ο τελευταίος των μεγάλων ερευνητών που κατάφερε να συνεισφέρει ένα σημαντικό έργο στην επιστήμη του, αγνοώντας τα Μαθηματικά.

To εργαστήριο του Faraday στο Βασιλικό Ίδρυμα
όπου κατασκευάστηκε το πρώτο δυναμό.
Βοηθός του sir Humphry Davy, από το 1912, και μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου, είχε την δυνατότητα να μαθητεύσει κοντά σε επιφανείς επιστήμονες και να αναβαθμίσει τις ερευνητικές του ικανότητες. Ως το 1930, το πεδίο της ερευνάς του αφορούσε κυρίως στην Χημεία, με εξαίρεση μία σύντομη αλλά σημαντική περίοδο μετά την ανακάλυψη του Oersted.

Μία από τις σημαντικότερες συνεισφορές του στον Ηλεκτρομαγνητισμό ήταν η σύλληψη της ιδέας του Πεδίου, που γεννήθηκε με την προσεκτική παρατήρηση της διάταξης των ρινισμάτων σιδήρου, υπό την επίδραση Μαγνητικού Πεδίου. Οι απόψεις του για το θέμα, συχνά πλησιάζουν τις σύγχρονες αντιλήψεις για το Πεδίο. 


Ήδη από το 1821, λοιπόν, κι έπειτα από μια σειρά πειραμάτων που επιβεβαίωναν την ανακάλυψη του Oersted, είχε διαπιστώσει ότι η μαγνητική δράση εκδηλώνεται δεξιόστροφα σε σχέση με την κατεύθυνση του ρεύματος που την παράγει. Στις 3 Σεπτεμβρίου κατάφερε να επιδείξει την περιστροφή ρευματοφόρου σύρματος σε σταθερό Μαγνητικό Πεδίο, όπως το γήινο. Αργότερα, το ίδιο έτος, έγινε προϊστάμενος του Βασιλικού Ιδρύματος.

Η μεταβολή της μαγνητικής ροής 
δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα. 
Έτσι, όταν ένας μαγνήτης ωθείται 
στο  εσωτερικό ενός πηνίου, 
προκαλεί την ροή ηλεκτρικού 
ρεύματος σε αυτό, κατά την 
διάρκεια της κίνησής του.
Ο Faraday, όπως και άλλοι σύγχρονοί του, μεταξύ των οποίων ο Ampère και ο Arago, διαισθανόμενος την συμμετρία των Φυσικών Φαινομένων, διερεύνησε την δυνατότητα δημιουργίας Ηλεκτρικού Ρεύματος από το Μαγνητικό Πεδίο. Στις 29 Αυγούστου 1831, έπειτα από μια σειρά καλοσχεδιασμένων πειραμάτων, που ωστόσο αποτύγχαναν στο να επαληθεύσουν την θεωρητική του σύλληψη, προχώρησε στην κατασκευή ενός σιδηροδακτυλίου, στον οποίο τύλιξε δύο πηνία από χάλκινο σύρμα. Συνδέοντας το ένα από αυτά με ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο, παρατήρησε ότι έδινε ένδειξη ηλεκτρικού ρεύματος, κατά την έναρξη ή την διακοπή του ρεύματος στο έτερο πηνίο.
Σχηματική αναπαράσταση του πηνίου
επαγωγής του Faraday.












Την ανακάλυψη αυτή ακολούθησε μια σειρά πειραμάτων και σε λίγες μόνο εβδομάδες ο Faraday ολοκλήρωσε την ποιοτική περιγραφή μιας ολοκαίνουριας, σπουδαίας φυσικής έννοιας: της Ηλεκτρομαγνη-τικής Επαγωγής. Η πρώτη γραπτή αποτύπωση στο θέμα αυτό, παραδόθηκε στην Βασιλική Εταιρεία, στις 21 Νοεμβρίου 1831, με τίτλο Experimental Researches in Electricity.

Διάλεξη του Faraday
Είναι σημαντικό να σημειωθεί εδώ ότι σχεδόν ταυτόχρονα με τον Faraday, αλλά εντελώς ανεξάρτητα, ανακάλυψε την ηλεκτρομα-γνητική επαγωγή ο Joseph Henry, στην άλλη άκρη του Ατλαντικού Ωκεανού.

Τα νέα διαδόθηκαν γρήγορα, προκαλώντας μία τεράστια αντίδραση σε ολόκληρο τον επιστημονικό κόσμο. Ο δρόμος για την εφεύρεση της πρώτης ηλεκτρομαγνητικής γεννήτριας ρεύματος από τον Faraday, αποδείχθηκε πολύ σύντομος. Μέχρι το τέλος του 1831, έχοντας ανιχνεύσει τον τρόπο με τον οποίον μπορούσε να μετατρέψει Κινητική σε Ηλεκτρική Ενέργεια και κατασκευάζοντας κινητήρες, γεννήτριες και μετασχηματιστές, είχε καταφέρει να θέσει τα θεμέλια της μελλοντικής ηλεκτρικής Βιομηχανίας.

Από αριστερά προς τα δεξιά:
Michael Faraday, 

Thomas Henry Huxley, 
Charles Wheatstone, 
David Brewster και John Tyndall
Το άμεσα επαγόμενο των ανακαλύψεων ερώτημα, απασχόλησε έντονα τους επιστήμονες της εποχής εκείνης: «Ποια είναι η σχέση ανάμεσα στο ρεύμα που παράγεται με τις ηλεκτροστατικές μηχανές, το βολταϊκό στοιχείο και την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή;» Οι γνώμες έτειναν να υποστηρίξουν το ταυτόσημο των τριών «ειδών» ρευμάτων, πράγμα το οποίο προσπάθησε πρακτικά να αποδείξει ο Faraday, επινοώντας μεθόδους για να μετρήσει αυτό που σήμερα αποκαλούμε «ποσότητα ηλεκτρισμού», μεταξύ των οποίων συμπεριλαμβάνεται το βαλλιστικό γαλβανόμεντρο και το βολτόμετρο. Η προς αυτήν την κατεύθυνση έρευνα επιβεβαίωσε την άποψη αυτή. Επιπλέον, η μελέτη της ηλεκτρόλυσης οδήγησε στους αποκαλούμενους Νόμους του Faraday. Η διαπιστωθείσα σύμπτωση των ηλεκτροχημικών ισοδυνάμων με τα συνήθη χημικά ισοδύναμα, ανάγκασε την επιστημονικη σκέψη να φτάσει στο συμπέρασμα ότι οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος φέρουν όλοι το ίδιο φορτίο και μάζες ανάλογες προς το πηλίκο του ατομικού βάρους προς το σθένος. Το επόμενο μεγάλο βήμα οδηγούσε προς την ατομική φύση του Ηλεκτρισμού και το ηλεκτρόνιο, αλλά στάθηκε αδύνατον για τον Faraday να το πραγματοποιήσει.

Η διερεύνηση από τον Faraday των ηλεκτροχημικών και ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων, απέδωσε και έναν άλλο σημαντικό καρπό. Στην συνεργασία του Faraday με τον φίλο του, υφηγητή στο Καίμπριτζ, αιδεσιμότατατο Reverend William Whewell (1794-1866), διευθυντή του Κολεγίου Τρίνιτυ, φιλόσοφο και μαθηματικό, οφείλεται το μεγαλύτερο μέρος της ορολογίας που αναπτύχθηκε και που αφορούσε στα φυσικά φαινόμενα που μελετούσε. Οι όροι που και σήμερα χρησιμοποιούνται και που αποτελούν προϊόν αυτής της εποικοδομητικής συνεργασίας είναι: άνοδος, κάθοδος, ηλεκτρόδιο, ηλεκτρολύτης, ηλεκτρόλυση, ιόν, ανιόν, κατιόν, δυναμικές γραμμές, παραμαγνητικό, διαμαγνητικό, διηλεκτρικό, ηλεκτροχημικό κ.λπ.


(συνεχίζεται...)
---------------- 
[2]O Maxwell για τον Faraday Απόσπασμα από τον πρόλογο του βιβλίου του James Maxwell A Treatise on Electricity and Magnetism (1873)
Share this article :

2 σχόλια:

Speak up your mind

Tell us what you're thinking... !

 
Support : Creating Website | Johny Template | Mas Template
Copyright © 2011. Orange Light Beams - All Rights Reserved
Template Created by Creating Website Inspired by Sportapolis Shape5.com
Proudly powered by Blogger