در جست و جوی القای الکترومغناطیسی

در سده هیجدهم از تخلیه بار الکتریکی بطری های لید برای گرم کردن سیم ها و ایجاد تغییرات شیمیایی در محلول های یونی استفاده می کردند. این ها نمونه هایی از کاربرد اثر های گرمایی و تغییر شیمیایی الکتریسیته در آن زمان بودند. البته ، این که گرما می تواند آغازگر واکنش های شیمایی ، و واکنش های شیمایی هم می توانند مولد گرما باشند، در آن زمان پدیده های شناخته شده ای بودند. مثلاً با استفاده از پیل ولتا و پیل های گالوانی معلوم شد که با تغییرات شیمایی می توان الکتریسیته تولید کرد. در سال ۱۸۲۲ توماس سی بک ۱ کشف کرد که با گرم کردن محل اتصال دو فلز مختلف می توان جریان الکتریکی تولید کرد.
این شواهد این گمان را در میان دانشمندان تقویت کرد که همه " نیروهای موجود در طبیعت " با هم ارتباط دارند. یادآوری کنیم که همین فکر انگیزه اورستد برای جست و جوی ارتباطی میان الکتریسیته و مغناطیس گردید. یک سال پیش از آن یعنی در سال ۱۸۲۱ فرانسوا آراگو ۲ نشان داد که میله ای آهنی داخل سیملوله حامل جریان الکتریکی می تواند خاصیت مغناطیسی پیدا کند. این واقعیت که جریان الکتریکی می تواند میله آهنی را آهنربا کند به طور طبیعی موجب جست وجو برای عکس این اثر گردید. یعنی جریان الکتریکی هم می تواند خاصیت مغناطیسی ایجاد کند.
در سال ۱۸۲۱ ، آمپر نشان داد که یک سیملوله حامل جریان مانند یک آهنربای میله ای است و دو سیم حامل جریان به یکدیگر نیروی مغناطیسی وارد می کنند. آمپر نتیجه گرفت که کلیه اثر های مغناطیسی به علت جریان های الکتریکی است و نظریه خود را که درباره خاصیت مغناطیسی بود ، برحسب اجزای جریان های الکتریکی بر هم کنش کننده از نیروهای الکتریکی در یک آهنربا مشخص نبود . آنها می توانستند جریان های مولکولی میکروسکوپی یا جریان های ماکروسکوپی باشند که در مسیرهای دایره ای اطراف محور آهنربا حرکت می کنند.
برخلاف رهیافت پیچیده ء ریاضیاتی آمپر ، فاراده به درک فیزیکی و ارائه مدل های تجسم پذیر در مورد جریان الکتریکی تکیه کرد. او شدیداً تحت تأثیر " دایره ای بودن " خطوط نیروی اطراف سیم های حامل جریان قرار گرفت. در سپتامبر سال ۱۸۲۱ فارادی این جنبه از نظریه خود را به زیبائی به نمایش گذاشت و بر حسب اتفاق یک موتور الکتریکی اختراع کرد. فارادی تحت تأثیر نیروهای مرکزی در نظریه آمپر و یا این فکر که خاصیت مغناطیسی بر اثر جریان های الکتریکی به وجود می آید ، قرار نداشت. او برای رد کردن این ایده ها ، آزمایش های ظریفی انجام داد. مثلاً ، او نشان داد که " قطب های " یک سیملوله حامل جریان درست در همان محل قطب های یک آهنربا میله ای قرار ندارند.
بنابر این آمپر مجبور به کنار گذاشتن مفهوم جریان های ماکروسکوپی شد. او در تلاش برای حفظ نظریه اش به سرعت توصیفی را برای آزمایش های فارادی بر حسب جریان های میکروسکوپی ارائه کرد. دیگر دانشمندان از روش ساده ای که آمپر برای اصلاح نظریه خود انجام داده بود تا با دستاوردهای تجربی سازگار شود. خشنود نبودند.
در سال ۱۸۲۲ آمپر آزمایش ( ناموفق) اولیه خود را که برای توضیح سرشت جریان ها طراحی کرده بود ، تکرار کرد. او یک حلقه مسی را داخل پیچه ای با دور زیاد آویزان کرد و قطب های یک آهنربا را مطابق شکل (۱) در دو سر نقطه ای روی لبه آن قرار داد. حلقه هنگام برقراری جریان الکتریکی تحت زاویه ای می چرخید و هنگام قطع جریان الکتریکی به مکان اولیه خود باز می گشت. آمپر از این آزمایش نتیجه گرفت که حلقه مسی نامغناطیسی به علت جریان های القایی میکروسکوپی پایا " مغناطیدگی موقتی " به دست آورده است . آمپر برای پیدا کردن جهت جریان ها خود را به زحمت نینداخت.
● قرص آراگو
در سال ۱۸۲۴ کشف بسیار جالب توجه دیگری وجود داشت. فرانسوا آرگو همکار آمپر دریافت که نوسان های یک آهنربای میله ای آویزان در حضور یک صفحه رسانا میرا می شود. او در سال بعد نشان داد که آهنربایی که به سرعت می چرخد ، می تواند یک قرص مسی را به چرخش وادارد و یک قرص سریعاً چرخان هم می تواند یک عقربه مغناطیسی را به چرخش در آورد. آراگو یک سیملوله الکترومغناطیسی را نیز بالای یک قرص چرخان آویزان و انحراف آن را ملاحظه کرد. آمپر از این آزمایش ها صرفاً برای تأیید این فکر که جریان ها علّت غایی خاصیت مغناطیی هستند استفاده کرد.
بابیج ۳ و هرشل ۴ در لندن کارهای آراگو را دنبال کردند. آن ها آهنربایی را بالای قرص های فلزی چرخان مختلف مطابق شکل(۲- الف) قراردادند. آن دو دریافتند که انحراف آهنربا به جنس قرص فلزی بستگی دارد. برای مثال ، برای قرص مسی بیشتر از قرص سربی است ( رسانندگی مس بیشتر از سرب است ) و در قرص های غیر فلزی هیچ انحرافی مشاهده نکردند. همین طور بابیج و هرشل به این نتیجه رسیدند که باید قرص خاصیت مغناطیسی القایی موقتی به دست آورده باشد. سپس با ایجاد شکاف های شعاعی در صفحات فلزی مطابق شکل (۲- ب) مشاهده کردند که با زیاد شدن شکاف ها انحراف کاهش می یابد. این پدیده را می توان ناشی از کاهش مغناطیدگی حاصل از گاف های هوا در فاصله شکاف ها توضیح داد. معمای قرص آراگو حل نشد و علاقه مندی نسبت به آن به تدریج کاهش یافت.
رابطه میان انحراف آهنربای آویزان و رسانندگی نشانگر وجود جریان های القای مغناطیسی در قرص هاست. این واقعیت را وقفه ایجاد شده در جریان در نتیجه ایجاد شکاف ها در قرص تأیید می کرد . همین طور جریان های القایی در سیملوله آویزان آراگو به حدّ کافی بزرگ بود که می توانست آن را به چرخش وادارد. در سال ۱۸۲۲ آمپر در مقاله ای که درباره آزمایش های خود ، بابیج و هرشل نوشت ، به طور آشکار از " جریان های الکتریکی کوچک " نام برد. به عبارت دیگر آمپر کاملاً متوجه شده بود که جریان های الکتریکی القا شده اند.
آمپر تمام شواهد لازم برای کشف " پدیده القایی الکترومغناطیسی" را در اختیار داشت ، اولاً ، پذیرش جریان های ماکروسکوپی برای آمپر مشکل بود. زیرا توجیه او از آزمایش های فارادی او را مقید به مدلی از جریان های میکروسکوپی کرد. ثانیاً ، آمپر همراه با دیگران بر این باور بودند که جریان پایا باید جریان دیگری را القا کند. چشمان آمپر چنان با این مفاهیم پیشبینی که چه چیزی را باید بیابد و تمایل او به حفظ نظریه اش نابینا شده بود که به رغم دیدن تمام واقعیت های ضروری ، چیزی را از آنها استنباط نمی کرد. این مثال روشنی از این واقعیت است که چیزی را که هرکس مشاهده می کند ، شدیداً به دیدگاه یا نظریه اش بستگی دارد.
در این بین ، فارادی برای مدت چند سال در پی جریان های القایی بود. هنگامی که از آزمایش آمپر با حلقه مسی آگاه شد کوشید تا آن را تکرار کند. متأسفانه لغزشی در ترجمه به زبان انگلیسی باعث آزمایشی ناموفق شد ، زیرا او به جای حلقه مسی ، از قرص مسی استفاده کرد ( گشتاور لختی قرص مسی بسیار بزرگتر از گشتاور لختی حلقه است ). در سال ۱۸۲۸ فارادی آهنربای میله ای را در حلقه آویزان شده ای قرار داد. سپس کوشید تا جریان القایی را با آهنرباهای دیگر آشکار سازد( فکر می کنید اگر فارادی به سرعت آهنربا را داخل حلقه کرده بود چه اتفاق می افتاد ؟). هر یک از این آزمایش ها می توانست کشف جریان های القایی بینجامد ، امّا در آن زمان ترتیب آزمایش ها به حدّ کافی حساس نبودند.
در اینجا بد نیست از بداقبالی کولادون ۵ نیز ذکری به میان آوریم . در سال ۱۸۲۵ او آهنربای توانمندی را به یک سیملوله با دورهای زیاد نزدیک کرد. برای محافظت گالوانومتر از هر تأثیر مستقیم آهنربا آن را در اتاق مجاور محل آزمایش قرار داد. او بسیار محتاط بود. امّا زمانی که برای بررسی انحراف عقربه گالوانومتر به اتاق مجاور رفت ، اثر گذرا پایان یافته بود.
در اوت ۱۸۳۰ جوزف هنری ۶ به طور کاملاً مستقل و بدون آگاهی از آزمایش هایی که در اروپا در حال انجام شدن بود " تبدیل مغناطیس به نظر می رسد که او فرصت کافی برای دنبال کردن کامل این پدیده یا انتشار فوری کشف خود را نداشت. به هر حال ، هنری چیز جدیدی را مشاهده کرده بود که فارادی آن را نادیده گرفته بود.
در سال ۱۸۳۱ فارادی بدون آگاهی از کشف هنری با فورانی از خلاقیت و اطمینان شگفت انگیز به این مسئله روی آورد. او نه تنها معمای قرص آراگو را حل کرد ، بلکه با ابداع مبدل همقطب خود شکل (۳) جریان القایی پیوسته تولید کرد – نشان افتخاری که برای مدّت ده سال هنوز به چنگ هیچ کس نیفتاده بود. در سال ۱۸۲۲ آمپر شتابزده و بدون آگاهی از جزئیات کارهای فارادی نظریه خود را درباره جریان های القایی انتشار داد. دیگران هم کوشیدند که در این مورد ادعای تقدم کنند، به استثنای آراگو که قرص او تماشایی ترین نمایش جریان های القایی بود. هنگامی که تنش ها فروکش کرد ، آمپر پذیرفت که از درک نقش عامل اساسی زمان در القای مغناطیسی غافل بوده است.
هر سه آزمایش ساده ای که در این مقاله شرح داده شد آزمایش های سر راست و آشکاری به نظر می رسند ، امّا ارائه منظم آنها شامل گزیده آزمایش هایی است که طی یک دهه انجام شده است. بیشتر ذهن های برجسته نظری و تجربی نمی توانند یا علاقه مند نیستند که اصول نهفته شده در یک پدیده را تشخیص دهند.

زیر نویس
* The Search for Electormagnetic induction
۱. Seeback
۲. Francois Arago
۳.Babbage
۴.Herschel
۵. colladon
۶. Joseph Henry
منبع
University physics / Harris Benson
محمد طلایی زاده
نویسنده: هاریس بنسون / مترجم : احمد توحیدی

منبع : وبلاگ دزفول