(Un electromagnet industrial este capabil să ridice mii de kilograme de deșeuri metalice. Credit: Pixabay)
În ultimele capitole, am studiat forțele și câmpurile electrostatice, care sunt cauzate de sarcinile electrice în repaus. Aceste câmpuri electrice pot muta alte sarcini libere, cum ar fi producerea unui curent într-un circuit; cu toate acestea, forțele și câmpurile electrostatice însele provin de la alte sarcini statice. În acest capitol, vedem că atunci când o sarcină electrică se mișcă, ea generează alte forțe și câmpuri. Aceste forțe și câmpuri suplimentare sunt ceea ce numim în mod obișnuit magnetism.

Înainte de a examina originile magnetismului, descriem mai întâi ce este acesta și cum se comportă câmpurile magnetice. Odată ce suntem mai familiarizați cu efectele magnetice, putem explica modul în care acestea apar din comportamentul atomilor și moleculelor și modul în care magnetismul este legat de electricitate. Legătura dintre electricitate și magnetism este fascinantă din punct de vedere teoretic, dar este și extrem de practică, așa cum arată un electromagnet industrial care poate ridica mii de kilograme de metal.

Magnetismul este cunoscut încă de pe vremea grecilor antici, dar a fost întotdeauna destul de misterios. Puteți vedea electricitate în fulger, dar atunci când un ac de busolă indică nordul magnetic nu puteți vedea nicio forță care să-l facă să se rotească. Oamenii au învățat despre proprietățile magnetice treptat, de-a lungul multor ani, înainte ca unii fizicieni ai secolului al XIX-lea să conecteze magnetismul cu electricitatea. În această secțiune, trecem în revistă ideile de bază ale magnetismului și descriem modul în care acestea se potrivesc cu imaginea unui câmp magnetic.
Scurtă istorie a magnetismului
Magneții se găsesc în mod obișnuit în obiectele de zi cu zi, cum ar fi jucării, umerașe, lifturi, sonerii și dispozitive computerizate. Experimentarea pe acești magneți arată că toți magneții au doi poli: unul este etichetat nord (N) și celălalt este etichetat sud (S). Polii magnetici se resping dacă sunt la fel (ambii N sau ambii S), se atrag dacă sunt opuși (unul N și celălalt S), iar ambii poli ai unui magnet atrag bucăți de fier nemagnetizate. Un punct important de remarcat aici este că nu puteți izola un pol magnetic individual. Fiecare bucată de magnet, oricât de mică, care conține un pol nord, trebuie să conțină și un pol sud.

Un exemplu de magnet este un ac de busolă. Este pur și simplu o bară magnetică subțire suspendată în centrul său, deci este liber să se rotească într-un plan orizontal. Pământul însuși acționează, de asemenea, ca un magnet de bară foarte mare, cu polul său orientat spre sud în apropierea Polului Nord geografic (Figura 11.2). Polul nord al unei busole este atras de polul nord geografic al Pământului, deoarece polul magnetic care se află în apropierea polului nord geografic este de fapt un pol magnetic sud. Confuzia apare deoarece termenul geografic „Polul Nord” a ajuns să fie folosit (incorect) pentru polul magnetic care se află în apropierea Polului Nord. Astfel, „polul magnetic nord” este de fapt o denumire greșită – ar trebui să fie numit polul magnetic sud.
(Polul nord al unui ac de busolă se îndreaptă către polul sud al unui magnet, care este modul în care câmpul magnetic de astăzi este orientat din interiorul Pământului. De asemenea, indică spre Polul Nord geografic al Pământului, deoarece Polul Nord geografic este aproape de polul sud magnetic.)
În 1819, fizicianul danez Hans Oersted făcea o demonstrație de curs pentru unii studenți și a observat că un ac de busolă se mișca ori de câte ori curgea curent într-un fir din apropiere. O investigație ulterioară a acestui fenomen l-a convins pe Oersted că un curent electric ar putea provoca cumva o forță magnetică. El a raportat această descoperire la o reuniune din 1820 a Academiei Franceze de Științe.

La scurt timp după acest raport, investigațiile lui Oersted au fost repetate și extinse de alți oameni de știință. Printre cei a căror activitate a fost deosebit de importantă s-au numărat Jean-Baptiste Biot și Felix Savart, care au investigat forțele exercitate asupra magneților de către curenți; André Marie Ampère, care a studiat forțele exercitate de un curent asupra altuia; François Arago, care a descoperit că fierul poate fi magnetizat de un curent; și Humphry Davy, care a descoperit că un magnet exercită o forță asupra unui fir care transportă un curent electric. La 10 ani de la descoperirea lui Oersted, Michael Faraday a descoperit că mișcarea relativă a unui magnet și a unui fir metalic a indus curent în fir. Această descoperire a arătat nu numai că un curent are un efect magnetic, ci și că un magnet poate genera curent electric. Veți vedea mai târziu că numele lui Biot, Savart, Ampère și Faraday sunt legate de unele dintre legile fundamentale ale electromagnetismului.

Dovezile din aceste diverse experimente l-au determinat pe Ampère să propună curentul electric ca fiind sursa tuturor fenomenelor magnetice. Pentru a explica magneții permanenți, el a sugerat că materia conține bucle de curent microscopice care sunt cumva aliniate atunci când un material este magnetizat. Astăzi, știm că magneții permanenți sunt de fapt creați prin alinierea electronilor în rotație, o situație destul de asemănătoare cu cea propusă de Ampère. Acest model de magneți permanenți a fost dezvoltat de Ampère cu aproape un secol înainte ca natura atomică a materiei să fie înțeleasă. (Pentru un tratament complet mecanic cuantic al spinului magnetic, vezi Mecanica cuantică și Structura atomică.)

Sursa: University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere de Nicolae Sfetcu. © 2023 MultiMedia Publishing, Fizica, Vol. 1-3
https://www.telework.ro/ro/magnetism-scurta-istorie/