În 1820, Hans Christian Oersted a realizat un experiment important care a arătat că există o legătură între electricitate și magnetism. Atunci când un curent a fost pornit printr-un fir, acesta a făcut ca acul unei busole să se rotească astfel încât să se afle în unghi drept față de fir. Curentul produsese un câmp magnetic suficient de puternic pentru a determina acul busolei să se rotească.
Antecedentele experimentului
Era deja cunoscut faptul că un curent electric într-un fir are un efect de încălzire și poate face ca firul să strălucească. Acest lucru a arătat că cele trei fenomene, electricitatea, încălzirea și iluminarea, erau legate între ele.
Cercetătorii caută să „unifice” fenomene aparent diferite prin găsirea cauzelor care stau la baza lor.
Întrebare: Cum putem demonstra că un curent electric are un efect de încălzire și poate avea ca rezultat și lumina?
Răspuns: Vezi experimentul
Efectul de încălzire al unui curent.
Se știa, de asemenea, că atunci când un fulger, o formă de electricitate, lovește o navă, busola navei poate fi afectată – polaritatea acesteia poate fi inversată.
Întrebare: Ce sugerează acest lucru?
Răspuns: Există o legătură între electricitate și magnetism.
Științii se bazează pe dovezile din viața de zi cu zi; ei încearcă să înțeleagă dovezile prin experimentare.
Cum ar putea fi demonstrată această legătură în laborator?
Experimentatorii și-au imaginat că, dacă un curent electric curge de-a lungul unui fir drept, atunci câmpul magnetic produs de acesta ar fi în aceeași direcție. Așa că și-au plasat acele busolei în unghiuri drepte față de fir, crezând că acestea vor fi deviate de curent astfel încât să devină paralele cu firul. Ei nu au observat niciun efect, deoarece, așa cum avea să demonstreze Oersted, câmpul magnetic produs este în unghi drept față de fir. Astfel, preconcepțiile i-au împiedicat pe experimentatorii anteriori să observe efectul. (Rețineți că echipamentul disponibil – piloni voltaici, de obicei – ar fi produs doar un curent mic, astfel încât efectul ar fi fost în orice caz foarte slab.)
Experiment: Setați o busolă îndreptată spre nord-sud; așezați deasupra ei o sârmă, situată est-vest. Conectați-o la o celulă de 1,5 V. Nu ar trebui să existe nici un efect.
Preconcepțiile (ideile existente) pot îngreuna progresul.
Gândirea lui Oersted
Oersted și-a imaginat un curent electric „zbătându-se” printr-un fir. Pe măsură ce curgea, acest ‘conflict’ dădea naștere la ‘căldură’ (sau radiație infraroșie, așa cum o înțelegem noi acum) și lumină, care radiau departe de fir. Nu ar putea rezulta, de asemenea, un câmp magnetic, care radiază?
O idee duce la alta, care poate fi apoi testată.
Întrebare: Cum ați putea trasa liniile câmpului magnetic pentru a reprezenta ideea lui Oersted?
Răspuns: Iradiind din fir.
Întrebare: Cum ar trebui să se comporte acul busolei, dacă această idee este corectă?
Răspuns: Cum ar trebui să se comporte acul busolei, dacă această idee este corectă?
Răspuns: S-ar putea aștepta să fie îndreptat radial față de fir. Încercați, și magnetul nu face acest lucru. Deci liniile de câmp magnetic nu radiază dinspre un fir purtător de curent.
Experimentul lui Oersted
Oersted făcea o demonstrație publică a legăturii dintre electricitate, „căldură” și lumină. El a conectat o pilă voltaică la un fir de platină și a arătat că aceasta se încălzește și strălucește.
În timp ce ținea o conferință, ideea sa despre o legătură între electricitate și magnetism a reapărut în mintea sa. Avea o busolă la îndemână (pentru alte experimente pe care intenționa să le demonstreze), așa că a decis să-și testeze ideea acolo și atunci.
Experiment: Pregătiți experimentul anterior, dar cu firul așezat nord-sud deasupra busolei, paralel cu acul busolei. Porniți – acul se rotește pentru a se afla în direcția est-vest.
Vezi și:
Experimentul lui Oersted.
Oersted a inversat curentul; acul s-a deplasat în sens invers.
Efectul observat de Oersted și de publicul său a fost mic; nimeni nu a fost foarte impresionat. Oersted era conștient de faptul că alți oameni de știință fuseseră distrași de fenomene evazive similare și au trecut trei luni înainte de a mai dedica timp descoperirii sale.
Științii lucrează adesea la limitele de sensibilitate ale instrumentelor lor. Este posibil ca o tehnică să trebuiască să fie rafinată foarte mult înainte ca un fenomen să poată fi observat în mod fiabil.
Ce a făcut Oersted în continuare
Oersted a arătat că câmpul magnetic din jurul unui fir purtător de curent este circular; adică liniile de forță sunt cercuri, centrate pe fir.
Experiment:
Câmp magnetic datorat unui curent electric într-un fir.
A continuat să arate că un fir mai gros producea un efect mai mare. De asemenea, a arătat că materialele plasate între fir și busolă nu au avut nici un efect.
Întrebare: De ce?
Răspuns: De ce? Firul mai gros are o rezistență mai mică, deci un curent mai mare. Materialele nemagnetice nu au nici un efect asupra unui câmp magnetic.
În iulie 1820, el a trimis o lucrare de 4 pagini în care își prezenta rezultatele, în limba latină, la mai multe reviste științifice.
Se așteaptă ca oamenii de știință să își împărtășească descoperirile cât mai curând posibil, prin publicarea în reviste. În 1820, latina era o limbă comună (împărtășită) care le permitea oamenilor de știință de naționalități diferite să își înțeleagă reciproc munca.
Ampere a citit raportul lui Oersted și, în decurs de o săptămână, a repetat observațiile și a elaborat o teorie matematică care descrie modul în care câmpul magnetic depinde de intensitatea curentului și de distanța față de fir.
În principiu, rezultatele științifice sunt verificate de alți oameni de știință care repetă experimentele, pentru a vedea dacă obțin aceleași rezultate.
Oersted observase și descrisese un fenomen experimental. Ampere l-a dus mai departe, scriind o ecuație matematică pentru a-l explica.
Întrebare: Oersted demonstrase că un curent electric are un câmp magnetic în jurul său. Ce aplicații practice au fost dezvoltate pornind de la această idee?
Răspuns: Electromagneți, motoare, dinamotoare, transformatoare etc.
Mai multe despre Oersted
Oersted a fondat Societatea daneză pentru diseminarea științelor naturale, o societate care avea ca scop prezentarea ideilor științifice publicului larg. Oersted a jucat, de asemenea, un rol cheie în fondarea Universității Tehnice din Danemarca, cu intenția de a îmbunătăți baza științifică a ingineriei.
Mulți oameni de știință caută să își împărtășească munca cu un public mai larg. De asemenea, ei pot căuta să împărtășească beneficiile tehnologice ale descoperirilor lor. El a descris anul 1820, anul marii sale descoperiri, ca fiind cel mai fericit an din viața sa.
Științii pot obține o mare plăcere din munca lor.
În 1802, un avocat italian pe nume Gian Domenico Romagnosi a publicat o relatare a unei observații similare cu cea a lui Oersted. Cu toate acestea, articolul său a apărut într-un ziar și nu a fost preluat de comunitatea științifică. Romagnosi nu pare să fi dat curs constatărilor sale preliminare.
Există multe exemple de „afirmații anterioare” în istoria științei. În practică, recunoașterea merge de obicei la persoana care publică o relatare atentă, detaliată și repetabilă a observațiilor sale, într-un moment în care alți oameni de știință sunt pregătiți pentru această idee și într-un loc unde va fi citită și luată în serios.
Recunoștință
Suntem recunoscători lui David Sang, autorul acestui Studiu de caz.