Khi dòng điện tác dụng lên nam châm

Khả năng khai thác lượng điện năng có vẻ vô tận là một trong những nền tảng của thế giới hiện đại. Công nghệ ấy được xây dựng trên một lĩnh vực vật lí gọi là điện từ học – một lĩnh vực ra đời hết sức tình cờ.

Mãi đến năm 1820, điện và từ vẫn được nghiên cứu độc lập. Người ta từng nghĩ rằng chỉ có sắt mới có thể tác dụng như nam châm. Các nam châm nhân tạo, ví dụ như kim la bàn, được chế tạo hoặc bằng cách chịu khó cọ xát đá nam châm lên chúng một cách đều đặn, hoặc bằng cách sắp chúng theo hướng bắc nam đồng thời hơ nóng và gõ nhẹ lên chúng. Dòng điện là thứ hoàn toàn khác, liên quan đến sự dịch chuyển của các chất lỏng tích điện như tia lửa điện hoặc ở dạng các dòng liên tục phát ra từ cột volta và các nguồn điện hóa học mới được phát triển. Tuy nhiên, mối quan hệ giữa hai hiện tượng bắt đầu được xem xét: Chẳng hạn, dao sắt trong nhà bị sét đánh trúng thường bị từ hóa còn dư.

Khám phá tình cờ

Hans Christian Østed, một giáo sư tại Đại học Copenhagen ở Đan Mạch, là một trong những nhà triết học tự nhiên theo đúng nghĩa của từ này, ông có những đóng góp cho cả khoa học và triết học. Một trong những lĩnh vực chuyên môn của ông là công trình của Immanuel Kant, một nhà triết học Đức xem các hiện tượng khoa học là những diện mạo khác nhau của cùng một trật tự tự nhiên nền tảng. Trớ trêu thay, thành tựu khoa học quan trọng nhất của Østed là chỉ ra đúng như thế.

Vào tháng Tư năm 1820, Østed đang giảng dạy về tác dụng nhiệt mà dòng điện gây ra trên dây dẫn kim loại, sử dụng cột volta để chứng minh. Một kim la bàn được đặt trên bàn để dùng cho một bài giảng khác sau đó. Khi bật dòng điện, Østed để ý thấy kim la bàn nhúc nhích hướng về phía sợi dây nóng của ông. Khi ông tắt dòng điện đi, kim la bàn trở lại chỉ hướng bắc. Østed lập tức nhận ra ý nghĩa của hiện tượng: Dòng điện đang biến sợi dây thành một nam châm tạm thời. (Ngày nay, chúng ta gọi những dụng cụ như thế là nam châm điện. Chúng là những nam châm rất hữu ích, có thể bật và tắt dễ dàng.)

Østed cho rằng nhiệt là mối liên hệ chủ chốt, và rằng lực từ đang tỏa ra từ dây điện giống như nhiệt hoặc ánh sáng. Ông nghiên cứu với những dây dẫn mảnh hơn (để chúng nóng hơn) thế nhưng tác dụng từ vẫn yếu ớt. Tuy vậy, mối liên hệ đã được thiết lập, và lĩnh vực điện từ học đã ra đời.

Østed trình diễn khám phá điện từ học của ông bằng pin Daniell, một loại pin được cấp điện bởi các phản ứng giữa hai điện cực nhúng trong một dung dịch muối.

Ampère

Ampère lặp lại thí nghiệm của Østed trong phòng thí nghiệm của ông.

Kết quả của Østed đã xác nhận nghiên cứu của nhà khoa học người Pháp André Maria Ampère. Trong vòng mấy tháng, Ampère đã trình bày một bức tranh rõ ràng hơn về lực điện từ. Ông chỉ ra hai dây dẫn có dòng điện chạy qua hành xử y hệt như một dây dẫn điện và một nam châm. Ông cũng tìm thấy chiều của lực từ do một dây dẫn điện gây ra phụ thuộc vào chiều của dòng điện. Hai dòng điện chạy ngược chiều nhau gây ra lực từ đẩy, còn hai dòng điện chạy cùng chiều thì hút nhau. Đơn vị của dòng điện được đặt tên là amp, viết tắt từ ampere để tôn vinh ông.

Trích Physics – An Illustrated History of the Foundations of Science, Tom Jackson