Như vậy, hiện tượng điện từ đã được con người biết đến từ rất lâu
đời và họ cũng đã đặt vấn dé nghiên cứu nó. Nhưng gần hơn 4000 năm liên tục, nó không phát triển được gì ngoài những nghiên cứu độc lập của
Thalet, D.Maricourt. Trong suốt khoảng thời gian ấy, con người cũng chỉ
biết được một điểm chung duy nhất của điện và từ đó là “ điều bí ẩn” của tự nhiên, không thể giải thích nổi.
Chúng ta cũng nhớ lại rằng, thời kỳ từ thế kỷ thứ II] trước Công Nguyên đến tận thế kỷ XV là thời kỳ thống trị của Thiên Chúa giáo dựa
trên những giáo diéu hạn chế và tư tưởng của “vi thần” Aristote. Con người chỉ tin vào nhưng điều mà Aristote nói, họ xem đó là chân lý của tự nhiên. Chính vì thế, cũng như các ngành khoa học khác, Điện từ học không tiến triển được gì hơn. Quan niệm của con người về điện và từ ở thế kỷ XV
~ XVI không khác gì lắm so với con người thời cổ đại.
Mãi đến thế kỷ XVII, điện và từ mới có sự biến đổi trong quan niệm con người. Thời kỳ này, Thiên Chúa giáo đã nhìn thấy được những sai lầm trong giáo điều của mình, họ đã có thiện cảm với những điều chỉnh hợp lý hơn và bắt đầu có thiện cảm với những phát minh khoa học, diéu đó là một
liều thuốc kích thích mạnh mẽ nhất cho các nhà bác học bước vào lĩnh vực
nghiên cứu.
Với sự ra đời Vật lý học thực nghiệm mà cha
đẻ ra nó là nhà bác học thiên tài người Ý Galileo
(1564-1642). Ông đã đặt nền móng và tẩm quan
trọng của thực nghiệm trong Vật lý học. Dựa vào
đó, khoa học đã có bước tiến đáng kể chỉ trong thời
gian ngắn sau đó. Đặc biệt là cơ học Newton đã thành công rực rỡ. Khi ấy, điện, từ thu hút được sự
Gablec Galle chú ý của nhiều nha bác học, song cũng chưa có gì
phát triển đáng nói ngoài công trình đặc biệt có ý nghĩa quan trọng của Gilbert vào đầu thế kỷ XVI.
Năm 1600 William Gilbert (1540-1603) người Anh đặt cơ sở ban đầu
cho Điện từ học. Lần đầu tiên ông tập hợp tất cả các kết qủa nghiên cứu được về điện và từ trước đó, cùng với những nghiên cứu của mình, Gilbert
cho ra đời tác phẩm “Nói vé nam châm, các vật thể có từ tính và khối nam
châm khổng 16 của trái đất”.
SOTH : Trang Si Dai 19
GOD :@6 Nguyén Thy Zkếp Latin odn tất nughite
Trước Gilbert, người ta cho rằng các cực của kim nam châm hướng
về các cực của trời. Trong tác phẩm của minh, Gilbert cho rằng trái đất
chính là một nam châm khổng 16, và kim nam châm của la bàn hướng về
cực của trái đất vì bị cực đó hút giống như các cực của các nam châm hút
nhau.
Điều này đã được P.D.Maricourt nói đến trong tác phẩm “Ban về
nam châm”, nhưng có điều khác biệt Gilbert đã không dựa trên nền tảng là
học thuyết của Aristote.
Trong tác phẩm của mình, Gilbert cho rằng cực Bắc của trái đất gần đúng là từ cực âm và cực Nam gần đúng là từ cực dương. Chúng ta cũng nên hiểu rằng, âm - dương chỉ là sự quy ước, nhưng một khi quy ước đó
được xác định thì chúng cho phép chúng ta xác định
tên các cực trong bất kỳ trường hợp nào khác. Một
kim nam châm đặt trên một trục thẳng đứng cũng
tuân theo một quy luật. Tức là chiếc kim đó hướng cực đương của nó về phía cực Bắc, nghĩa là cực âm của trái đất. Còn cực âm thì hường về phía cực Nam của trái đất. Chính điều đó đã tạo cho chiếc la bàn một điều kỳ diệu trong việc xác định phương hướng
của con người.
Gilbert cũng tự chế tạo một nam châm hình cầu mà ông gọi là
“Terralla” (trái đất nhỏ) bằng cách đẻo một qủa cầu bằng quặng từ tính.
Và ông đã nghiên cứu tương tác của một kim nam châm nhỏ với “Terralla ”
đó. Nhưng ông đã lầm lẫn khi coi các cực của “Terralla” cũng là các địa cực. Chính diéu này khiến Gilbert gặp bế tắc khi có người hỏi “Kim nam châm chỉ như thế nào khi ta cho địa bàn đến một trong hai cực của trái
đất?" và Gilbert đã trả lời không chính xác. Ngày nay, ta biết rằng địa cực
nằm lệch với cực của trái đất, chứ không trùng như Gilbert đã trình bày.
Và nếu như kim nam châm được đặt tại cực Bắc thì cả hai đầu kim nam châm đều chỉ vé hướng Nam. Diéu đó cũng dễ hiểu, bởi vì nếu ta đang ở cực Bắc, nếu đi dọc theo kinh tuyến thì bất kỳ kinh tuyến nào cũng dẫn ta
vé cực Nam. Và khi đưa kim nam châm về cực Nam thì chắc chắn, cả hai cực của kim nam châm đều chỉ về hướng Bắc.
Một điểm đáng lưu ý là Gilbert thấy được rằng không thể tách rời
hai cực của một nam châm khi bẻ gãy chúng mặc dù bản chất của hiện
i
SOTH : Trang Si Da 20
tượng còn chưa rõ. Đặc biệt là Gilbert chứng minh được điều nay bằng thực nghiệm, ông tiến hành thí nghiệm như sau:
Treo một thanh nam châm nằm ngang tại một điểm giữa của nó.
Đưa một thanh khác lại gần và ông nhận thấy có sự tương tác giữa hai thanh này. Khi đưa dọc từ đầu này đến đầu kia thì thấy lực tương tác giảm dần khi đi vào giữa điểm treo. Và tại điểm treo không có tương tác, đó
chính là vị trí phân chia hai cực của nam châm. Tiếp theo là ông thí nghiệm với thanh nam châm bị bẽ gãy làm hai phần bằng nhau, thì thấy
kết qủa cũng tương tự như trên. Như vậy, ông kết luận rằng không thể tách
rời hai cực của một nam châm.
Không chỉ thế, Gilbert chứng minh a rằng không những hổ phách
mà còn nhiều chất khác nữa cũng hút các vật nhỏ khi bị cọ xát như : kim cương, xi gắn diêm sinh, phèn chua.Và ông gọi chúng là những “vật điện”, còn những vật không có tính chất đó thì ông gọi là “ vật không
dién”.
Gilbert còn nhận thấy, các lõi sắt sẽ tăng cường được tác dụng từ va nhận xét được cảm ứng điện từ, diéu đó ở thế kỷ XIX được Faraday chứng
minh bằng thực nghiệm.
Có thể nói Gilbert là người đầu tiên nghiên cứu các hiện tượng điện và từ một cách có hệ thống và tương đối kỹ lưỡng .Ông đã dùng thực nghiệm để chứng minh những điều mình đưa ra. Chính những điều đó đã đưa tác phẩm của Gilbert trở thành một mốc quan trọng của lịch sử phát triển Điện từ trường. Nhưng khi so sánh các hiện tượng điện và từ ông đã
đi đến một kết luận: ”chúng hết sức khác nhau và không có liên quan gì đến nhau cả”. Quan niệm này đã đứng vững trong khoa học suốt 200 năm, cho đến khi Oersted phát minh ra sự tương tác của dòng điện lên kim
nam châm.
Hơn một thế kỷ sau công trình của Gilbert, Điện và Từ học không tiến thêm được bao nhiêu, khả năng thực nghiệm ở thế ky XVII mới chỉ
cho phép tạo ra những điện tích rất nhỏ và tổn tại trong thời gian ngắn.
Năm 1672 Otto Guericke chế tạo ra một “máy điện” bằng một qủa
cầu lưu huỳnh to quay quanh trục của nó. Ông quay qủa cầu và tích điện
cho nó bằng cách cho qủa cầu ma sát với bàn tay.
Năm 1675 Newton miêu tả “điệu múa điện”: Ông đặt mẫu giấy vụn
Ở giá dưới một tấm thủy tinh, khi ma sát tấm thủy tinh, những mẫu giấy vụn bị hút lên rồi rơi xuống...
Từ khi biết tạo ra điện tích, con người đã tìm cách nghiên cứu để hiểu sâu hơn về nó trong thế kỷ XVIII.
Năm 1716 Newton phát hiện sự phóng điện qua mũi kim và ông dự
đoán rằng tia điện cũng giống như tia chớp.
Năm 1729 Gray phát hiện rằng muốn giữ được điện thì vật mang
điện phải được cách điện.
Năm 1733 Dufay phát hiện hai loại tương tác điện : Các vật nhiễm điện cùng loại thì đẩy, còn khác loại thì hút nhau.
Năm 1745 Rikhmann chế
tạo thành công “chỉ thị điện”.
Nhờ dụng cụ này Rikhmann đã
nghiên cứu vé điện và ông đã
quan niệm điện giống như một chất lưu. Nó bao quanh lấy vật
mà trên một khoảng cách nào đó
càng gần vật có điện thì
nó càng dày đặc hay tác dụng
của nó càng mạnh, càng xa vật :
nó càng thưa thớt hay tác dụng Chaé tu đ22= Leyden
của nó yếu đi. Sự phụ thuộc tác
dụng của chất lưu điện này vào khoảng cách biến thiên theo một quy luật
ma ông chưa biết rõ. Có thể nói đây là một phát hiện mới nhất vé môi
trường xung quanh vật mang điện mà sau này ta gọi là "điện trường”. Và
SOTH : Trang Si Di 22
LÁ62 01/2 + G6 iguyén Thi chấp Lugn nã: tốt nghi¢p
quy luật mà Rikhmann chưa biết đó sé đã được Coulomb làm sáng tỏ 40
năm sau đó.
Năm 1747, Muschenbrock phát minh chai tụ điện Leyden (Leyden
là tên một thành phố lớn ở Hà Lan) và với chai tụ điện này Muschenbrock có thể tạo được những điện tích lớn và tổn tại được lâu hơn. Chính nó đã giúp rất nhiều cho các nhà Vật lý sau này
Năm 1752, Benjamin Franklin (1706-1790),nhà bác học Anh, ông
thực hiện ở Mỹ một thí nghiệm nổi tiếng: Thả diéu lên bau trời trong cơn
giông, từ đó phát minh cột thu lôi chống sét. Ông chính là người tìm ra hiệu
ứng mũi nhọn. Theo Franklin khi vật tích điện có mũi nhọn thì tại mũi
nhọn đó sẽ làm mất điện tích của vật. Mũi càng nhọn hay vật có nhiều mũi
nhọn thì điện tích mất càng nhanh. Từ đó ông đã quan niệm khi vật tích điện chính là lúc nó thừa hoặc thiếu “lửa điện”. Ngoài ra, chính Franklin là
người đưa ra khái niệm điện tích âm và điện tích dương. Vật thừa lửa điện thì tích điện âm, còn thiếu lửa điện thì tích điện dương.
Một vật bình thường, chưa tích điện đều mang một lượng lửa điện như nhau, khi ta làm vật này mất "lửa điện" hoặc thừa bằng cách ma sát thì nó sin sàng nhường
hoặc nhận “lửa điện” từ các vật khác. Ông bảo rằng “lửa
điện " là một loại vật chất không thể tạo ra và cũng không
thể mất đi mà nó chỉ phân bố lại giữa các vật mà thôi.
Đây chính là tư tưởng đầu tiên về Định luật bảo toàn déntich
Như vậy, dù Franklin đã có những quan niệm sai lầm về “lửa điện”
hay điện tích là một chất lưu liên tục, nhưng có thể nói tư tưởng của ông là rất tiến bộ so với lúc bấy giờ. Nó đã cho phép ông giải thích được nhiều hiện tượng điện mà ông chứng kiến. Ông đã làm
nhiều thí nghiệm để nghiên cứu trong bản chất điện về tia chớp trong đó có một thí nghiệm hết sức nổi
tiếng vì nguy hiểm là thả diéu trong mưa. Sau đó,
năm 1753, Rikhmann thực hiện lại thí nghiệm này và
đã bị sét đánh chết. Đó chính là tai nạn điện đầu tiên của nhân loại. Nhưng phải thừa nhận rằng cái chết
của Rikhmann là một sự hy sinh anh dũng, ông đã đổi tính mạng của mình để mang về sự an toàn cho nhân loại sau này khi sử dụng cột thu lôi chống
sét.
ơ——ễễễễễễ —__——__—__—___——EEsg
SOTH : Trang Si Di 23
OD : C6 Uguyén Thi Thé, Ludn odn tất n
Tiếp nối sự nghiệp của Rikhmann va Franklin, Aepinus đã cho ra
đời tác phẩm " thí nghiệm về lý thuyết điện và từ” vào năm 1759 tai Petecbua. Aepinus cũng quan niệm các chất điện và từ như chất lỏng mà các hạt tương tác với nhau và tương tác với vật chất bằng những lực hút và
đẩy. Lý thuyết về chất lỏng điện và chất lỏng từ đã có từ đó.
Theo lý thuyết về chất lỏng điện thì có hai loại chất lỏng, một chất gọi là điện dương và chất kia gọi là điện âm. Chúng có phan nào giống như một chất, nghĩa là số lượng có thể tăng thêm hoặc giảm đi nhưng số lượng tổng cộng trong một hệ cô lập thì vẫn giữ nguyên.
`... Aopeiace Crubomb Chất lỏng điện là một loại chất
lỏng không có trọng lượng, bởi vì
khi thanh kim loại bị nhiễm điện
thì khối lượng của nó không hé thay đổi. Hai chất lỏng điện cùng loại thì đẩy nhau, còn khác loại thì hút nhau. Từ đó đi đến khái niệm vật dẫn điện
và vật cách điện.
> Vật dẫn điện ở trong nó các chất lỏng điện có thể chuyển động
tự do.
> Vật cách điện ở trong nó các chất lỏng điện không chuyển động
được.
Aepinus đã nghiên cứu và tiên đoán rằng tương tác điện và tương tác từ giảm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Nhưng không giải
thích được thí nghiệm của Frankin, đó là Frankin
phát hiện trong một bình sắt tích điện thì không có
điện tích nào (Sau này Fraday đã chứng minh được
một vật tích điện thì toàn bộ điện tích tập trung ở ngoài bể mặt vật dẫn).
Nhờ thí nghiệm của Frankin, Cavendish đã
sử dụng được điện kế do chính ông chế tạo và
chứng minh được lực điện tỉ lệ với
]
"
r
Trong đó : °
=——ễ——ễ—————
SOTH : Trang ổi “Đủ 24
(OFOD : (2â Wguyén Thi Thé; Luin oan tất ii
n=2+—1 50
Năm 1785 dựa trên lý thuyết của Aepinus, nhà vật lý Pháp
Coulomb (1736 - 1808) đã tìm ra được lực tương tác giữa hai điện tích điểm
nhờ vào chiếc cân xoắn mà ông phát biểu thành định luật : “Tac dụng đẩy cũng như tác
dụng hút của hai quả cầu tích điện, và do đó giữa hai phần tử điện cũng vậy, tỉ lệ thuận
với mật độ chất điện và của hai phần tử điện '® ^9,
và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách
của chúng”. Định luật ấy được sử dụng trong
sỏch giỏo khoa với tờn gọi định luật Can xoấằ
Coulomb.
la I . la42|
4nee, or’
Coulomb ủng hộ sự tổn tại của “chất điện” nhưng lại cho rằng có hai loại chất điện chứ không phải chỉ một loại lửa điện như Franklin nghĩ.
Theo ông, chất điện và chất từ là hai chất riêng biệt và liên tục như chất
lưu.
Lý thuyết về chất lỏng từ cũng được các nhà bác học thời kỳ này mô phỏng dựa trên lý thuyết về chất lỏng điện. Theo đó, một nam châm được cấu tạo từ rất nhiều lưỡng cực nguyên tố nhỏ.
Dựa trên hai lý thuyết này, người ta giải thích được khá nhiều các
hiện tượng điện và từ đã được biết đến như một thanh Ebonit khi cọ xát có
thể hút các vật nhẹ và tính chất hút và đẩy của nam châm, tương tác giữa nam châm và sắt, đặc biệt là giải thích được tại sao không thể tách rời hai
cực của thanh nam châm.
Nhìn chung, đến thời điểm này Điện từ học đã bắt dau phát triển.
Nhiều đại lượng mới được ra đời cùng với những định luật Vật lý. Để cụ thể hóa các đại lượng và các định luật, các nhà toán học đã bắt tay vào
lĩnh vực Vật lý điện - từ.
Nhà toán học nổi tiếng Poisson (1781-1840) cho rằng có hai loại chất điện và mỗi vật ở trạng thái bình thường đều chứa hai chất điện với số lượng bằng nhau và phân bố đều đặn trên vật. Nếu có sự chênh lệch về
lượng hai loại điện tích này thì vật sẽ tích điện. Khi vật tích điện thì chúng
phải phân bố sao cho tổng các lực điện bên trong bằng 0 và tùy vào hình
————ễẰ
SOTH : Trang Si Di 25
dạng vật dẫn mà nó phân bố hợp lý. Ông sử dụng lý thuyết thống kê để
xây dựng một hàm phân bố mang tên Poisson trong Điện học.
Poisson cũng công nhận hai chất từ của Coulomb và đã phát triển chúng bằng việc đưa khái niệm moment từ của đơn vị thể tích và sử dụng
khái niệm từ thế trong từ học.Ông đã xây dựng công thức tính từ thế ở bên
ngoài một vật có từ tính.
Sau này, Green đã xây dựng nên các phương
pháp tổng quát hơn để giải quyết các bài tóan tĩnh điện
và tĩnh từ. Ông sử dụng các hàm tọa độ để xác định
các lực điện và từ, từ đó ông tiến hành một phương
pháp để giải bài toán phức tạp hơn đó là tìm phân bố điện tích trên vật dẫn khi biết được hình dạng của vật dẫn và điện tích chung của chúng.
Denis Poison Gauss (1777-1855) nhà toán học vĩ đại người
Đức cũng đóng góp vào sự phát triển lý thuyết giải
tích về thế. Ông xây dựng hàm
= ‘am
trong đó m là khối lượng thông thường, hoặc ; điện tích hay "từ tích” (về sau khoa học chứng minh
được không tổn tai từ tích). Ông gọi đó là hàm thé,
nghiên cứu tính chất của nó và đã chứng minh được nhiều định lý quan trọng của lý thuyết về thế.
Các công trình của Poisson, Green và Gauss
có một vai trò hết sức quan trọng trong việc giải quyết các bài toán của
tinh điện học. Đến đây, có thể thấy rằng tĩnh điện học đã dan dần hoàn
chỉnh.
Nói tóm lại, ở thế kỷ XVII, Điện từ học đã bắt đầu phát triển, đặc
biệt là về tĩnh điện học. Đã có những lý thuyết để giải thích hiện tượng và
những định luật định lượng chúng. Lý thuyết tỏ ra thành công lúc này là lý thuyết về chất lỏng điện và chất lỏng từ. Tuy nhiên nó sẽ được loại bỏ vào
thế kỷ XIX.
Mặc dù đã phát triển, các nhà nghiên cứu cũng tiến hành thí nghiệm rất nhiều, nghiên cứu rất sâu sắc các hiện tượng nhưng hầu hết các nghiên
cứu ấy đều chưa có một mục đích thực tiễn cụ thể. Và nghiên cứu một cách rời rạc. Vậy là thế kỷ XVHI khép lại và quan niệm của Gilbert vẫn
còn đứng vững.
—————Ễ_—_—__—Ể—ẰỄ--——
SOTH : Frang Si Di 26
HK-Frionclrich Gass