تاريخ المغناطيس الكهربائي

وفي وقت مبكر من ربيع عام 1820، اكتشف الدنماركي يوهان أورستد هذا المبدأ بالصدفة. في عام 1822، اكتشف الفيزيائيان الفرنسيان أراغو ولوساك أنه عندما يمر تيار كهربائي عبر سلك يحتوي على كتلة حديدية، فإنه يقوم بمغنطة الكتلة الحديدية. وكان هذا في الواقع الاكتشاف الأولي لمبدأ المغناطيس الكهربائي. في عام 1823، أجرى ستورجيون تجربة مماثلة: حيث قام بلف 18 لفة من الأسلاك النحاسية العارية حول قضيب حديدي على شكل حرف U ولم يكن مغناطيسًا. عندما تم توصيل السلك النحاسي بخلية فولتية، فإن الملف النحاسي حول القضيب الحديدي على شكل U- يولد مجالًا مغناطيسيًا كثيفًا، مما يحول القضيب الحديدي على شكل U- إلى "مغناطيس كهربائي". تم تضخيم الطاقة المغناطيسية لهذا المغناطيس الكهربائي عدة مرات مقارنة بالمغناطيس الدائم؛ يمكنها جذب كتل الحديد 20 مرة وزنها. وعندما انقطع التيار الكهربائي، لم يتمكن القضيب الحديدي على شكل حرف U من جذب أي كتل حديدية وعاد إلى كونه قضيبًا حديديًا عاديًا.

أظهر اختراع سمك الحفش للمغناطيس الكهربائي للناس احتمالًا مشرقًا لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة مغناطيسية. وسرعان ما انتشر هذا الاختراع في بريطانيا والولايات المتحدة وبعض الدول الساحلية في أوروبا الغربية. في عام 1829، قام الكهربائي الأمريكي هنري ببعض الابتكارات في مغناطيس Sturgeon الكهربائي، حيث استبدل الأسلاك النحاسية العارية بأسلاك معزولة كهرومغناطيسية، وبالتالي القضاء على خطر حدوث دوائر قصيرة ناجمة عن التلامس المفرط للأسلاك النحاسية. بسبب العزل، يمكن لف الأسلاك معًا بإحكام في ملفات؛ كلما زادت كثافة الملفات، كلما كان المجال المغناطيسي أقوى، مما يحسن بشكل كبير القدرة على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة مغناطيسية. بحلول عام 1831، كان هنري قد بنى مغناطيسًا كهربائيًا أحدث؛ وعلى الرغم من صغر حجمه، إلا أنه يمكنه رفع طن من الحديد.

مستوحاة من تجارب أورستد على التأثير المغناطيسي للتيار وسلسلة من التجارب الأخرى، أدرك أمبير أن جوهر الظواهر المغناطيسية هو التيار الكهربائي. لقد اختصر التفاعلات المختلفة التي تشمل التيار والمغناطيس إلى تفاعلات بين التيارات، مما أثار السؤال الأساسي المتمثل في إيجاد القوانين التي تحكم تفاعلات العناصر الحالية. للتغلب على صعوبة القياس المباشر للعناصر الحالية المعزولة، صمم أمبير بدقة أربع تجارب فارغة، ومن خلال التحليل النظري الدقيق، حصل على النتائج. ومع ذلك، نظرًا لأن أمبير كان يحمل مفهوم الفعل عن بعد في التفاعلات الكهرومغناطيسية، فقد فرض افتراضًا مفاده أن القوة بين عنصرين حاليين تؤثر على طول الخط الذي يربط بينهما في تحليله النظري، على أمل الالتزام بقانون نيوتن الثالث، مما أدى إلى استنتاجات خاطئة. الصيغة أعلاه هي النتيجة بعد تصحيح الافتراض الخاطئ بأن القوة تعمل على طول الخط الذي يربط بينهما. وينبغي أن يفهم من منظور العمل عن بعد على النحو التالي: يولد العنصر الحالي مجالا مغناطيسيا، والمجال المغناطيسي يمارس قوة على عنصر تيار آخر داخله.