8-الکترومغناطیس
مطالعات تجربی و نظری ازپدیده های الکترومغناطیسی
یکی از نقاط عطف بزرگ در توسعه علوم فیزیکی بوداعلامیه هانس کریستین اورستد در سال 1820 مبنی بر اینکه جریان های الکتریکی اثرات مغناطیسی ایجاد می کنند. (اورستد کشف خود را در حین سخنرانی برای یک کلاس از دانشجویان فیزیک انجام داد . او به طور اتفاقی یک سیم حامل جریان را در نزدیکی یک سوزن قطب نما قرار داد و از دیدن چرخش سوزن در زوایای قائم به سیم متعجب شد.) کشف تصادفی اورستد ثابت کرد که الکتریسیته و مغناطیس مرتبط هستند. یافتههای او، همراه با کشف بعدی فارادی مبنی بر اینکه یک میدان مغناطیسی در حال تغییر ، جریان الکتریکی را در مدار مجاور تولید میکند ، اساس نظریه یکپارچه الکترومغناطیس جیمز کلرک ماکسول و بیشتر الکتروتکنولوژی مدرن را تشکیل داد.
زمانی که آزمایش اورستد نشان داد که جریان های الکتریکی دارای اثرات مغناطیسی هستند، دانشمندان دریافتند که باید نیروهای مغناطیسی بین جریان ها وجود داشته باشد. آنها بلافاصله مطالعه نیروها را آغاز کردند. یک فیزیکدان فرانسوی،فرانسوا آراگو ، در سال 1820 مشاهده کرد که یک جریان الکتریکی براده های آهن مغناطیسی نشده را به صورت دایره ای دور سیم هدایت می کند. در همان سال، یک فیزیکدان فرانسوی دیگر،آندره ماری آمپر ، مشاهدات اورستد را در شرایط کمی توسعه داد. آمپر نشان داد که دو سیم موازی حامل جریان الکتریکی یکدیگر را مانند آهنربا جذب و دفع می کنند. اگر جریان ها در یک جهت جریان داشته باشند، سیم ها یکدیگر را جذب می کنند. اگر در جهت مخالف جریان داشته باشند، سیم ها یکدیگر را دفع می کنند. از این آزمایش، آمپر توانست این را بیان کندقانون سمت راست برای جهت نیروی وارد بر جریان در میدان مغناطیسی. او همچنین به طور تجربی و کمی قوانین نیروی مغناطیسی بین جریان های الکتریکی را ایجاد کرد. او پیشنهاد کرد که جریان های الکتریکی داخلی مسئول آهنرباهای دائمی و مواد بسیار قابل مغناطیسی مانند آهن هستند. او با آراگو نشان داد که سوزن های فولادی در داخل یک سیم پیچ حامل جریان الکتریکی شدیدتر مغناطیسی می شوند. آزمایشها روی سیمپیچهای کوچک نشان داد که در فواصل زیاد، نیروهای بین دو سیمپیچ مشابه نیروهای بین دو آهنربای میلهای کوچک است و علاوه بر این، میتوان یک سیمپیچ را با یک آهنربای میلهای با اندازه مناسب بدون تغییر نیرو جایگزین کرد. گشتاور مغناطیسی این آهنربای معادل با ابعاد سیم پیچ، تعداد دورهای آن و جریانی که در اطراف آن جریان دارد تعیین می شد.
ویلیام استورجن انگلستان وجوزف هنری از ایالات متحده از کشف اورستد برای توسعه استفاده کردآهنرباهای الکتریکی در دهه 1820 ماهیان خاویاری 18 دور سیم مسی خالی را دور یک میله آهنی U شکل پیچید. هنگامی که او جریان را روشن کرد، میله به یک آهنربای الکتریکی تبدیل شد که قادر بود 20 برابر وزن خود را بلند کند . وقتی جریان قطع شد، نوار دیگر مغناطیسی نبود. هنری کار استورجن را در سال 1829 تکرار کرد و از سیم عایق برای جلوگیری از اتصال کوتاه استفاده کرد. هنری با استفاده از صدها چرخش، آهنربای الکتریکی ایجاد کرد که می توانست بیش از یک تن آهن را بلند کند .
آزمایش اورستد که نشان میدهد الکتریسیته میتواند اثرات مغناطیسی ایجاد کند، سوال مخالف را نیز مطرح کرد: آیا مغناطیس میتواند جریان الکتریکی را در مدار دیگری القا کند؟ فیزیکدان فرانسویآگوستین ژان فرنل استدلال کرد که از آنجایی که یک میله فولادی در داخل یک مارپیچ فلزی می تواند با عبور جریان از مارپیچ مغناطیسی شود، آهنربای میله نیز به نوبه خود باید جریانی را در مارپیچ پوشاننده ایجاد کند. در دهه بعد، آزمایشهای مبتکرانه زیادی ابداع شد، اما این انتظار که یک جریان ثابت در سیمپیچ نزدیک آهنربا القا شود، منجر به این شد که آزمایشکنندگان بهطور تصادفی اثر الکتریکی گذرا ناشی از آهنربا را از دست بدهند یا ندانند.