Lịch sử Điện từ học (Phần 3)

1700 - 1749

Ngài Isaac Newton của nước Anh, được xem là một trong những nhà khoa học và nhà toán học vĩ đại nhất trong lịch sử, đã xuất bản chuyên luận nổi tiếng của ông về ánh sáng và quang học ngay đầu thế kỉ này. Ngoài những vấn đề khác, nó còn giải quyết một cuộc tranh luận đã bắt đầu hàng năm trước đó xem ánh sáng là hạt hay là sóng. Đối lập với những lí thuyết trước đó, Newton xác định ánh sáng cấu thành từ các hạt, hay các “tiểu thể”. Các nhà khoa học tiếp tục bàn tới bàn lui về vấn đề đó trong hàng thế kỉ, nhưng cuối cùng người ta công nhận ánh sáng là sóng điện từ và sau này được đồng ý, nhờ một nhà khoa học lỗi lạc khác, Albert Einstein, rằng ánh sáng vừa là sóng vừa là hạt.

alt

Một người đồng hương của Newton, Francis Hauksbee, được thuê bởi Hội Hoàng gia, một viện hàn lâm khoa học độc lập thành lập ở London năm 1662. Mặc dù tương đối ít học, nhưng Haukabee có một năng khiếu về khoa học, nhất là thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm. Ngay từ đầu thập niên 1700, ông đã tiến hành tìm hiểu ánh sáng khí áp, hay lóe sáng xuất hiện trong một khí áp kế khi người ta lắc nó, một hiện tượng được hiểu biết nghèo nàn vào thời ấy

Hauksbee đi đến nhận ra lóe sáng đó là điện – kết quả của sự ma sát của thủy ngân chuyển động trong ống khí áp kế. Ông tiếp tục nghiên cứu xem những chất liệu khác có mang lại một hiệu ứng như vậy hay không, và vì công việc này, ông đã chế tạo một máy phát tĩnh điện cải tiến nhiều trên mẫu năm 1660 của Otto von Guericke. Với nó, ông đã tạo ra ánh sáng trong một ống thủy tinh đủ sáng, ông tường thuật, để đọc sách – một tiền thân thô sơ của bóng đèn điện. Ông còn sáng tạo ra sự hình dung trực giác đầu tiên về các đường lực điện, mặc dù Haukabee không nhận thức rõ ý nghĩa của cái ông nhìn thấy. Hauksbee còn hiểu sai một hiện tượng khác quan sát thấy trong các thí nghiệm của ông: đó là mang một quả cầu thủy tinh lại gần một quả cầu nhiễm điện khác, ông có thể làm nhiễm điện quả cầu thứ nhất (ngày nay gọi là nhiễm điện do hưởng ứng).

Một người Anh khác, Stephen Gray, tiếp tục theo đuổi nghiên cứu của Hauksbee trong lĩnh vực đó với những đóng góp quan trọng của riêng ông, quan trọng nhất trong số đó là khám phá ra sự dẫn điện. Sử dụng nhiều chất liệu đa dạng trong nhiều năm, Gray đã truyền tải điện đi những khoảng cách ngày càng xa hơn. Cuối cùng, ông chuyển các thí nghiệm của ông ra ngoài trời và xây dựng những đường dây dài hàng trăm feet. Ông đi đến chỗ nhận ra rằng một số chất thì dẫn điện tốt (cái ngày nay chúng ta gọi là chất dẫn điện), trong khi một số chất khác thì không (chất cách điện).

Vài năm sau đó, bên kia eo biển Anh, nhà hóa học người Pháp Charles-François de Cisternay du Fay đã lặp lại và dẫn giải về những thí nghiệm của Gray, von Guericke và những người khác, đi đến một sự hiểu biết đầy đủ hơn về lực đẩy điện. Trong khi thực hiện như vậy, ông đã thu được một số nhận thức quan trọng, trong đó có việc rằng đa số các vật có thể làm cho nhiễm điện chỉ bằng cách cọ xát chúng, và các chất dẫn điện tốt hơn khi bị ẩm ướt.

Nhưng khám phá quan trọng nhất của du Fay là sự tồn tại của hai loại điện. Ông đã suy luận ra kết luận này với thí nghiệm sau đây. Thứ nhất, nhà hóa học đã mang một lá vàng đến tiếp xúc với một quả cầu thủy tinh đã cọ xát, người ta trông đợi nó hút, rồi tức thì đẩy, lá vàng ra. Sau đó, ông đặt lá vàng gần một vật bị cọ xát khác – lần này là một miếng nhựa copal giống hổ phách, và ngạc nhiên thấy lá vàng hút nhựa copal. Ông thì trông đợi hai vật nhiễm điện đó đẩy lẫn nhau. Du Fay xác định phải có hai loại điện, và đặt tên một loại là điện thủy tinh và một loại là điện nhựa. Một số chất tạo ra loại điện thứ nhất, còn một số chất phát ra loại thứ hai. Mặc dù Du Fay đã tinh ranh quan sát những hành vi đối lập, nhưng ông đã sai, tất nhiên, trong giải thích của ông về chúng. Benjamin Franklin sẽ lập kỉ lục ngay sau đó vài năm.

Hướng về giữa thế kỉ, một loại tụ điện đơn giản đã được nghĩ ra trở thành một công cụ thực nghiệm rất quan trọng – và mang tính giải trí. Được phát minh độc lập bởi thầy tu người Đức E. Georg von Kleist và nhà vật lí người Hà Lan Pieter van Musschenbroek ở trường Đại học Leiden, nó trở nên nổi tiếng với cái tên chai Leyden. Nó gồm một cái chai thủy tinh chứa đầy nước, tráng bên trong và bên ngoài lớp kim loại mỏng và đậy bằng một cái nút có sợi dây kim loại xuyên qua. Đầu kia của sợi dây này có thể nối với một máy phát tĩnh điện, sao cho điện do máy phát tạo ra sẽ chạy vào và dự trữ trong chai. Mặc dù nguy hiểm nếu sử dụng không cẩn thận (van Musschenbroek đã suýt mất mạng với nó), nhưng cái chai đã được sử dụng bởi nhiều nhà khoa học lỗi lạc trong nghiên cứu của họ về điện (trong đó có Benjamin Franklin) và làm phát sinh những biểu hiện kì lạ của dòng điện.

Xem lại Phần 1 | Phần 2

1700 - 1749
1706	Nhà vật lí người Anh, ngài Isaac Newton xuất bản cuốn Opticks, tập hợp những bài viết của ông liên quan đến ánh sáng, màu sắc và quang học. Trong tác phẩm này, ông đưa ra lí thuyết tiểu thể về ánh sáng rằng ánh sáng cấu thành từ các hạt, không sóng, như những nhà khoa học khác đề xuất.
1706	Francis Hauksbee ở London phát minh ra máy phát tĩnh điện gồm một quả cầu thủy tinh điều chỉnh bằng một tay quay tạo ra điện tích qua sự ma sát, từ đó người ta sử dụng một dây kim loại để bắt lấy, một cải tiến quan trọng so với mẫu mang tính nguyên bản hơn do Otto von Guericke sáng tạo ra vài thập kỉ trước đó.
1708	Nhà khoa học người Anh William Wall chú ý thấy một sự giống nhau giữa tiếng sấm và tia chớp, và giữa những tiếng răng rắc và tia lửa điện sinh ra bởi các vật nhiễm điện và quan sát của ông được đăng trong cuốn Kỉ yếu triết học.
1709	Các thí nghiệm cơ-lí về những vật khác nhau. Giải thích một vài hiện tượng bất ngờ liên quan đến ánh sáng và điện được Francis Hauksbee cho xuất bản và trở thành một nghiên cứu sớm quan trọng trong lĩnh vực điện và điện phát quang.
1716	Nhà toán học và thiên văn học người Anh Edmond Halley suy xét chính xác rằng hiện tượng cực quang trong khí quyển liên quan đến các tác động của từ trường của Trái đất.
1722	Qua sự quan sát chặt chẽ kim la bàn, nhà chế tạo thiết bị người London George Graham phát hiện ra sự biến đổi hàng ngày của độ lệch do từ.
1729	Nhà hóa học Stephen Gray ở London chứng minh được sự dẫn điện và xác định rằng bề mặt của một vật giữ lấy điện tích của nó.
1733	Nhà hóa học Pháp Charles-François de Cisternay du Fay nhận xét rằng có hai loại điện khác nhau mà ông gọi là điện nhựa (-) và điện thủy tinh (+), lưu ý lực đẩy của các điện tích giống nhau và lực hút của các điện tích khác nhau, và xác định rằng dây dẫn điện tốt hơn khi ẩm ướt.
1742	Thomas Le Sueur và Francis Jacquier xuất bản cuốn Principia của Newton và có một lưu ý đến đoạn văn chứng minh một định luật nghịch đảo lũy thừa ba của lực giữa hai nam châm.
1745	Chai Leyden, dụng cụ thực hành đầu tiên dùng dự trữ điện tích, được phát minh độc lập bởi thầy tu người Đức E. Georg von Kleist nhà vật lí Hà Lan Pieter van Musschenbroek.
1745	Jean-Antoine Nollet, một tu sĩ và nhà vật lí người Pháp, đưa ra lí thuyết rằng vật chất điện liên tục chảy giữa hai vật tích điện.
1745	Nhà vật lí người Anh Gowin Knight phát triển một phương pháp sản suất nam châm nhân tạo giữ lại sự từ hóa của chúng trong những khoảng thời gian kéo dài. Các nam châm mới được sử dụng trong la bàn Knight, chúng trở nên rất phổ biến đối với các thủy thủ và nhà khoa học.
1746	Trong một buổi trình diễn điện cho nhà vua Louis XV, Jean-Antoine Nollet cho phóng điện một chai Leyden đến mức dòng điện đi qua một đoàn 180 lính cận vệ hoàng gia. Sau đó, ông tiến hành một kì công tương tự qua một đoàn tăng lữ sắp dài hơn một km.
1746	Nhà khoa học người Anh William Watson phát triển khái niệm bảo toàn điện tích, trong đó tồn tại một chất lỏng điện không được sinh ra hay phá hủy, mà chỉ truyền từ vật này sang vật khác. Không bao lâu sau đó, Benjamin Franklin phát triển đầy đủ hơn lí thuyết bảo toàn đó.
1746	Johann Heinrich Winckler, một giáo sư tại Đại học Leipzig, cố gắng khai thác điện để truyền điện báo qua những khoảng cách dài.
1747	Nhà vật lí và hóa học người Anh Henry Cavendish bắt đầu đo độ dẫn của những chất khác nhau bằng cách so sánh cú sốc mà ông nhận được khi ông cho phóng điện chai Leyden qua chúng.
1748	William Watson, Henry Cavendish và những người đồng sự khác cố gắng đo vận tốc của dòng điện khi nó truyền qua một mạch điện dài hơn 12.000 feet và kết luận sai lầm rằng nó là tức thời.
1748	Jean-Antoine Nollet chế tạo một điện nghiệm sơ khai, một điện kế gồm một quả cầu lõi xốp lơ lửng chuyển động theo sức hút và đẩy tĩnh điện của một vật tích điện.