1820-ban Hans Christian Oersted fontos kísérletet végzett, amely megmutatta, hogy az elektromosság és a mágnesesség között kapcsolat van. Amikor egy vezetéken keresztül áramot kapcsoltak be, ez egy iránytűt úgy fordított el, hogy az merőlegesen állt a vezetékre. Az áram elég erős mágneses mezőt hozott létre ahhoz, hogy az iránytű elforduljon.
A kísérlet háttere
Azt már korábban is tudták, hogy a vezetékben folyó elektromos áram melegítő hatású, és a vezeték izzani kezdhet. Ez megmutatta, hogy az elektromosság, a fűtés és a világítás három jelensége összefügg.
A tudósok a látszólag különböző jelenségeket úgy próbálják “egyesíteni”, hogy megtalálják a mögöttes okaikat.
Kérdés:
Válasz: Hogyan mutathatjuk ki, hogy az elektromos áramnak fűtő hatása van, és fényt is eredményezhet?
Válasz: Hogyan mutathatjuk ki, hogy az elektromos áramnak fűtő hatása van, és fényt is eredményezhet?
Az áram melegítő hatása.
Azt is tudták, hogy amikor a villám, az elektromosság egy formája, belecsap egy hajóba, akkor a hajó iránytűje is megváltozhat – megfordulhat a polaritása.
Kérdés:
Válasz: Mire utal ez?
Válasz: Mire utal ez?
A tudósok a mindennapi életből származó bizonyítékokra támaszkodnak; a bizonyítékokat kísérletekkel próbálják megérteni.
Hogyan lehet ezt a kapcsolatot a laboratóriumban bizonyítani?
A kísérletezők úgy képzelték, hogy ha egy elektromos áram egy egyenes drót mentén folyik, akkor az általa létrehozott mágneses mező ugyanabba az irányba mutat. Ezért az iránytűket a vezetékre merőlegesen helyezték el, azt gondolták, hogy az áram úgy téríti el őket, hogy a vezetékkel párhuzamosak lesznek. Nem láttak semmilyen hatást, mert – mint Oerstednek ki kellett mutatnia – a keletkező mágneses mező merőlegesen áll a vezetékre. Az előítéletek tehát megakadályozták a korábbi kísérletezőket abban, hogy meglássák a hatást. (Megjegyzendő, hogy a rendelkezésre álló berendezések – jellemzően a villanyoszlopok – csak kis áramot termeltek volna, így a hatás mindenképpen nagyon gyenge lett volna.)
Kísérlet: Állítsunk be egy észak-déli iránytűt; helyezzünk fölé egy kelet-nyugati irányban fekvő drótot. Csatlakoztassunk egy 1,5 V-os cellához. Nem szabad hatást tapasztalni.”
A prekoncepciók (meglévő elképzelések) megnehezíthetik az előrehaladást.”
Oersted gondolkodása
Oersted elképzelte, hogy az elektromos áram “küzd” egy dróton keresztül. Ahogy áramlik, ez a “konfliktus” “hőt” (vagy infravörös sugárzást, ahogy ma értjük) és fényt kelt, amely a vezetékből sugárzott ki. Nem lehet, hogy ez mágneses mezőt is eredményez, amely szintén kisugárzik?
Az egyik gondolat egy másikhoz vezet, amelyet aztán tesztelni lehet.
Kérdés:
Válasz: Hogyan rajzolnád meg a mágneses mezővonalakat Oersted gondolatának ábrázolására?
Válasz: Hogyan rajzolnád meg a mágneses mezővonalakat Oersted gondolatának ábrázolására? A vezetékből kisugárzva.
Kérdés:
Válasz: Hogyan kellene viselkednie az iránytűnek, ha ez az elképzelés helyes?
Válasz: Hogyan kellene viselkednie az iránytűnek, ha ez az elképzelés helyes? A drót felé sugárirányban kellene mutatnia. Próbáljuk ki, és a mágnes nem ezt teszi. Tehát a mágneses térvonalak nem sugároznak ki egy áramot vezető huzalból.”
Oersted kísérlete
Oersted nyilvánosan demonstrálta az elektromosság, a “hő” és a fény közötti kapcsolatot. Egy voltaikus cölöpöt csatlakoztatott egy platinadróthoz, és megmutatta, hogy az felforrósodik és izzani kezd.
Amíg előadást tartott, újra felbukkant a fejében az elektromosság és a mágnesesség közötti kapcsolatról szóló elképzelése. Kéznél volt egy iránytű (más kísérletekhez, amelyeket demonstrálni akart), ezért úgy döntött, hogy ott és akkor kipróbálja az ötletét.
Kísérlet: Állítsuk fel az előző kísérletet, de úgy, hogy a drót az iránytű felett észak-déli irányban, az iránytűvel párhuzamosan feküdjön. Kapcsoljuk be – a tű elfordul, hogy kelet-nyugati irányba feküdjön.
Lásd még:
Oersted kísérlete.
Oerst megfordította az áramot; a tű a másik irányba mozdult el.
Az Oersted és a hallgatósága által megfigyelt hatás csekély volt; senkit sem nyűgözött le nagyon. Oersted tisztában volt azzal, hogy más tudósokat is megzavartak hasonló megfoghatatlan jelenségek, és három hónap telt el, mire több időt fordított felfedezésére.
A tudósok gyakran műszereik érzékenységének határán dolgoznak. Előfordulhat, hogy egy technikát nagymértékben finomítani kell ahhoz, hogy egy jelenséget megbízhatóan meg lehessen figyelni.
Mit csinált ezután Oersted
Oersted kimutatta, hogy a mágneses tér egy áramot vezető huzal körül körkörös; azaz az erővonalak körök, amelyeknek középpontja a huzalon van.
Kísérlet:
Egy huzalban folyó elektromos áram hatására kialakuló mágneses tér.
Majd megmutatta, hogy a vastagabb huzal nagyobb hatást vált ki. Azt is kimutatta, hogy a huzal és az iránytű közé helyezett anyagoknak nincs hatása.
Kérdés:
Válasz: Miért? A vastagabb drótnak kisebb az ellenállása, így nagyobb az áram. A nem mágneses anyagoknak nincs hatása a mágneses mezőre.
1820 júliusában egy 4 oldalas, latin nyelvű tanulmányt küldött el eredményeit ismertetve több tudományos folyóiratnak.
A tudósoktól elvárják, hogy eredményeiket minél hamarabb, folyóiratokban való publikálással osszák meg. 1820-ban a latin egy közös (megosztott) nyelv volt, amely lehetővé tette, hogy a különböző nemzetiségű tudósok megértsék egymás munkáját.
Ampere elolvasta Oersted jelentését, és egy hét alatt megismételte a megfigyeléseket, és kidolgozott egy matematikai elméletet, amely leírja, hogyan függ a mágneses tér az áram erősségétől és a huzaltól való távolságtól.
A tudományos eredményeket elvileg más tudósok ellenőrzik, akik megismétlik a kísérleteket, hogy lássák, ugyanazt az eredményt kapják-e.
Oersted megfigyelt és leírt egy kísérleti jelenséget. Ampere tovább vitte, és egy matematikai egyenletet írt, hogy számot adjon róla.
Kérdés: Oersted kimutatta, hogy az elektromos áramot mágneses mező veszi körül. Milyen gyakorlati alkalmazásokat fejlesztettek ki ebből az ötletből?
Válasz: Milyen gyakorlati alkalmazásokat fejlesztettek ki ebből az ötletből?
Bővebben Oerstedről
Oersted alapította a Dán Természettudományi Társaságot, egy olyan társaságot, amelynek célja a tudományos eszmék bemutatása volt a nagyközönségnek. Oersted kulcsszerepet játszott a Dán Műszaki Egyetem megalapításában is, azzal a szándékkal, hogy javítsa a mérnöki tudományok tudományos alapjait.
Sok tudós törekszik arra, hogy munkáját a szélesebb közönséggel is megossza. Arra is törekedhetnek, hogy megosszák felfedezéseik technológiai előnyeit. 1820-at, a nagy felfedezésének évét élete legboldogabb évének nevezte.
A tudósok nagy örömet szerezhetnek a munkájukból.
1802-ben egy Gian Domenico Romagnosi nevű olasz ügyvéd beszámolót tett közzé egy Oerstedéhez hasonló megfigyelésről. Cikke azonban egy újságban jelent meg, és a tudományos közösség nem vette át. Úgy tűnik, Romagnosi nem követte nyomon előzetes megállapításait.
A tudomány történetében számos példa van az “előzetes állításokra”. A gyakorlatban az elismerés általában annak jár, aki gondos, részletes és megismételhető beszámolót tesz közzé a megfigyeléseiről, mégpedig akkor, amikor más tudósok már készen állnak az ötletre, és olyan helyen, ahol azt elolvassák és komolyan veszik.
Köszönet
Hálásak vagyunk David Sangnak, az esettanulmány szerzőjének.