Lịch sử Điện từ học (Phần 8)

1830 - 1839

Mặc dù ý tưởng về máy điện báo đã ra đời từ giữa những năm 1700, nhưng trong thập niên này thì bản thân thiết bị này mới ra đời – chủ yếu nhờ phát minh gần đấy về nam châm điện. Một sự kiện quan trọng nữa góp phần mang lại công nghệ mới này là khám phá của nhà vật lí người Anh Charles Wheatstone rằng dòng điện chạy qua các dây dẫn dài với vận tốc lớn – khoảng 288.000 dặm mỗi giây. Mặc dù Wheatstone tính giá trị hơi lớn một chút – dòng điện, rốt cuộc, chẳng thể truyền đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng – nhưng kết quả của ông là chính xác nhất tính từ trước đến bấy giờ. Máy điện báo tỏ ra là một dụng cụ định hình lịch sử, và nó đã làm sáng tỏ thậm chí với những người không phải nhà khoa học về tiềm năng to lớn của dòng điện khai thác được.

Trong thập niên này, chàng sinh viên nghệ thuật người Mĩ Samuel Morse trở nên hứng thú với ý tưởng máy điện báo. Ông biết rõ nhu cầu cho một dụng cụ như vậy: Trong lúc đi ra nước ngoài, ông chỉ hay tin vợ ông mất sau vài tuần vì thực tế chẳng có cách nào đưa tin đến ông nhanh hơn được. Morse đã phát triển một nguyên mẫu của dụng cụ, cũng như một bộ mã đặc biệt biến đổi các kí tự thành các vạch và các chấm.

alt

Năm 1833, những người Đức Carl Friedrich Gauss và WilhelmWeber đã xây dựng một đường truyền điện báo, trải dài gần một dặm trong thành phố Göttingen. Vài năm sau đó, ở nước Anh, Wheatstone hợp tác với nhà doanh nghiệp William Cooke trình diễn máy điện báo hoạt động đầu tiên ở đất nước này, chiếc máy tiếp tục cạnh tranh (trong cuộc đua dài kì, không thành công) với phát minh của Morse. Thiết bị Wheatstone-Cooke có một thiết bị nhận với năm kim từ tính cố định với một mạng lưới kí tự. Dòng điện làm cho các kim chỉ vào những kí tự mong muốn để đọc ra tin nhắn.

Những tiến bộ khác trong việc áp dụng điện cũng được thực hiện trong thời gian này. Nhà hóa học Anh John Daniell đã đưa cột volta tiến thêm một bước nữa, phát triển một chiếc pin không-sạc điện sơ khai – pin Daniell – cung cấp một dòng điện duy trì liên tục. Các mẫu động cơ điện, cuối cùng đã làm thay đổi cách thức con người đi lại, làm việc và sinh sống, đã được phát triển. Người Mĩ Thomas Davenport đã thiết kế ra một động cơ đủ mạnh để chạy một xe lửa điện.

Tuy nhiên, thành tựu nổi bật nhât trong lĩnh vực điện và từ là do Michael Faraday thực hiện. Thật ra không phải một thành tựu, mà là nhiều. Trong thời kì này, Faraday đã thiết lập định luật điện phân, nghĩ ra khái niệm hằng số điện môi và phát hiện ra cái trở nên nổi tiếng là khoảng tối Faraday. Ông cũng đưa ra lí thuyết tổng quát của ông về điện, bác bỏ quan điểm được chấp nhận lâu dài rằng nó là một loại chất lỏng theo quan niệm nó là một lực “truyền từ hạt sang hạt”.

alt

Tuy nhiên, có lẽ nổi tiếng nhất, Faraday vào năm 1831 đã phát hiện ra các nguyên lí đặt nền tảng cho hai công cụ chủ chốt của điện ứng dụng: cảm ứng điện từ, đưa đến máy biến áp, và cảm ứng từ-điện, đưa đến máy phát điện. Định luật cảm ứng của ông là một trong những đóng góp xuất sắc nhất của ông cho khoa học.

Faraday nhận ra sự cảm ứng điện từ với phát minh của ông ra “vòng cảm ứng”, gồm hai dây dẫn quấn xung quanh một mẩu sắt hình bánh rán. Một dây gắn với một điện kế. Khi Faraday gắn dây thứ hai với một chiếc pin, dòng điện thu được cũng đi qua sợi dây thứ nhất, không gắn với nó, như ghi nhận trên điện kế.

Để khám phá ra sự cảm ứng từ-điện, Faraday sáng tạo ra cái trở nên nổi tiếng là đĩa Faraday. Ông gắn hai sợi dây qua một tiếp xúc trượt với một đĩa đồng. Khi ông quay nó giữa các cực của một nam châm hình móng ngựa, ông tạo ra được một lượng nhỏ dòng điện một chiều.

Sau khi sáng tạo ra động cơ điện thô đầu tiên, Faraday để cho những người khác đưa vào sử dụng thực tế kiến thức mới này. Năm sau đó, nhà phát minh người Pháp Hippolyte Pixii đã cải tiến cái đĩa, chế tạo ra máy phát điện xoay chiều đầu tiên, còn gọi là dynamo, biến chuyển động quay cơ học thành một dòng điện biến thiên. Không lâu sau, ông đã cải tiến mẫu thiết kế này với một cơ chế bật mở (cái chuyển mạch) biến đổi xoay chiều thành một chiều.

1830 - 1839
1830	Nhà khoa học Scotland-Mĩ Joseph Henry đề xuất việc chế tạo một máy điện báo sử dụng một đường truyền với một nam châm điện nối với một đầu có thể điều khiển ở đầu bên kia.
1831	Nhà hóa học và vật lí Anh Michael Faraday quan sát thực nghiệm thấy dòng điện trong một mạch điện có thể kích thích dòng điện trong một mạch điện thứ hai khi dòng điện trong mạch thứ nhất biến đổi, cơ sở của định luật cảm ứng Faraday.
1831	Joseph Henry phát hiện ra nguyên lí tự cảm, và với mẫu nam châm điện cải tiến của ông, ông đã nâng thành công hơn một tấn sắt.
1831	Trong chuyến thám hiểm Bắc Cực, nhà thám hiển người Anh James Ross và người bác của ông, ngài John Ross, đã định vị bằng vật chất cực từ phía bắc của Trái đất.
1832	Nhà khoa học Đức Paul Erman phát minh ra một từ kế đơn giản, sau đó ông sử dụng nó trong cuộc khảo sát quy mô lớn đầu tiên của từ trường Trái đất.
1832	Samuel Morse lần đầu tiên hình thành nên mẫu máy điện báo của ông trên hành trình từ Anh trở về Mĩ, nơi ông đang nghiên cứu nghệ thuật.
1832	Nhà sản xuất thiết bị người Paris, Hyppolyte Pixii, chế tạo ra một cỗ máy nhỏ, ngày nay gọi là magneto, có khả năng tạo ra dòng điện xoay chiều.
1833	Michael Faraday thí nghiệm về điện hóa học và thiết lập các định luật điện phân của ông.
1833	Các nhà khoa học Đức Carl Friedrich Gauss và Wilhelm Weber xây dựng một đường điện báo ở Göttingen dài gần một dặm và sử dụng một điện kế làm máy nhận.
1834	Nhà vật lí Pháp Jean-Charles Peltier phát hiện thấy một sự chênh lệch nhiệt độ có thể được tạo ra bởi một dòng điện chạy qua một mạch điện gồm hai kim loại khác nhau nối với nhau tại hai chỗ tiếp xúc (hiệu ứng Peltier ngược với hiệu ứng Seebeck).
1834	Heinrich Friedrich Emil Lenz, nhà vật lí Đức, suy luận ra định luật trở nên nổi tiếng là định luật Lenz, định luật tiên đoán hướng chạy của dòng điện cảm ứng.
1834	Carl Friedrich Gauss thành lập Hội liên hiệp Từ Göttingen, một mạng lưới các đài quan sát từ, đa phần trong số chúng nằm ở châu Âu.
1834	Nhà vật lí Anh Charles Wheatstone sử dụng các gương quay để đo tốc độ của dòng điện truyền qua gần tám dặm dây dẫn. Mặc dù tính toán của ông đã đưa ông đến chỗ sai lầm kết luận rằng dòng điện truyền nhanh hơn ánh sáng, nhưng thí nghiệm tài tình của ông đã sửa lại niềm tin phổ biến thời bấy giờ rằng dòng điện truyền đi tức thời.
1834	Người thợ rèn Mĩ Thomas Davenport chế tạo ra một động cơ điện tạo ra đủ năng lượng để cấp nguồn cho một đầu máy xe điện mẫu nhỏ. Sau đó, ông sử dụng động cơ này cấp nguồn cho máy móc trong xưởng của ông.
1835	Carl Friedrich Gauss nghĩ ra định luật tĩnh điện nổi tiếng của ông, mặc dù nó không hề được công bố mãi cho đến hơn 30 năm sau.
1836	Nhà hóa học Anh John Daniell phát triển một pin điện, ngày nay gọi là pin Daniell, cung cấp hiệu quả một dòng điện duy trì liên tục cho sử dụng liên tục và là một cải tiến lớn so với pin volta.
1837	William Grove, nhà vật lí Anh, trở thành cha đẻ của pin nhiên liệu khi ông kết hợp trên thực nghiệm oxygen và hydrogen tạo ra nước và điện, một quá trình ngược của phản ứng mà William Nicholson và Anthony Carlisle đã chứng minh hồi đầu thế kỉ 19.
1837	Michael Faraday phát triển khái niệm hằng số điện môi biểu diễn khả năng tương đối của các chất điện môi chịu lại lực tĩnh điện.
1837	Nhà vật lí Pháp Claude-Servais-Mathias Pouillet phát minh ra điện kế tiếp tuyến, một cải tiến đáng kể trên một dụng cụ tương tự sáng tạo bởi Johann Schweigger trước đó 17 năm.
1837	Charles Wheatstone và William Cooke trình diễn máy điện báo hoạt động đầu tiên ở nước Anh. Dụng cụ ban đầu của họ sử dụng một thiết bị nhận với năm kim từ tính, nhưng trước khi máy điện báo Wheatstone-Cooke được sử dụng về mặt thương mại, cần phải thực hiện một số cải tiến, trong đó có việc giảm số kim từ tính xuống còn một.
1838	Kĩ sư và nhà vật lí người Nga Moritz von Jacobi ở St. Petersburg chế tạo con tàu đầu tiên chạy bằng điện và trình diễn nó cho Sa hoàng Nicholas I xem trên dòng sông Neva.
1838	Michael Faraday phát triển một lí thuyết tổng quát của điện bằng cách làm tương thích mô hình đường cảm ứng từ của ông. Ông còn phát hiện ra cái thường được xem là khoảng tối Faraday ở gần cathode của một ống kiểu Crookes khi một dòng điện đi qua chất khí có mặt trong ống đã hút chân không một phần.