Magnetyzm i elektryczność

W roku 1831 angielski uczony Michael Faraday postanowił rozwiązać zagadkę związku między magnetyzmem i elektrycznością. Sprawa ta fascynowała go już od czasu odkrycia Oersteda. Rozpoczął zatem własne badania nad zachowaniem igły magnetycznej pod wpływem prądu elektrycznego. Uczony francuski Andr Marie Ampre dowiódł tymczasem, że dwa druty, przez które jednocześnie płynie prąd, odpychają się wzajemnie lub przyciągają, jakby były magnesami.

Faraday miał wiele pomysłów, zastanawiał się, czy można zrobić coś odwrotnego, niż zrobili Oersted i Ampre, na przykład za pomocą magnesu lub prądu spowodować przepływ prądu w innym drucie, wyłącznie przez zbliżenie doń magnesu lub drutu z elektrycznością, bez dotykania tego drugiego drutu. Faraday wziął dość gruby pierścień z żelaza o średnicy około 15 cm. Każdą z jego połówek owinął oddzielnym kawałkiem drutu miedzianego, który jest bardzo dobrym przewodnikiem elektryczności, pozostawiając między nimi niewielką przerwę. Drut jednej połówki pierścienia połączył z kawałkiem drutu przechodzącym nad kompasem. Wiedział, że jeśli prąd popłynie przez drut, igła magnesu powinna się poruszyć. Następnie oba końce miedzianego drutu owiniętego na drugiej połówce pierścienia połączył kolejno z baterią elektryczną.

W chwili, gdy drugim końcem drutu dotknął baterii, zamykając w ten sposób obwód i przepuszczając przez drut prąd elektryczny, igła kompasu drgnęła. Po chwili zatrzymała się. Prąd z baterii płynął, ale igła magnesu pozostawała nieruchoma. Jednak niezaprzeczalnie przez drut z pierwszej połowy pierścienia przepłynął prąd. Igła poruszyła się, a stało się to wtedy, gdy Faraday puścił prąd przez drut połączony z baterią.

Uczony odłączył drut od baterii, spodziewając się uzyskać ciekawszy efekt dzięki niewielkim zmianom. W momencie odłączania igła magnesu znów drgnęła. Nie było już wątpliwości. Prąd płynął przez drut z pierwszej połówki pierścienia, niemający żadnego połączenia z baterią.

Tam i z powrotem
Faraday czuł, że odkrył coś bardzo ważnego. Rozczarowało go wprawdzie, że ruch igły magnesu był tak nieznaczny. Jak przystało na naukowca, powtarzał test i za każdym razem uzyskiwał ten sam rezultat. Gdy włączał baterię i przesyłał prąd do drugiego drutu, powodował także krótki przepływ prądu w pierwszym drucie. Z kolei każde odłączenie baterii sprawiało, że prąd płynął w przeciwnym kierunku. Impulsy elektryczne były krótkotrwałe. Jeśli prąd z baterii płynął nieprzerwanie, igła kompasu pozostawała nieruchoma. Nagle rozczarowanie Faradaya zmieniło się w entuzjazm. Nareszcie pojął sens tego, co się stało! Ruch pojawiał się w momencie włączania i wyłączania prądu. Zmiany w dopływie prądu w jednym drucie wywoływały pojawienie się prądu w drugim, to zaś wystarczało, by poruszyć igłę magnesu.

Zrobił następny krok - postanowił dowiedzieć się, czy używając magnesu, uzyska taki sam efekt. Owinął drutem cylinder z żelaza. Tym razem nie użył baterii. Do wnętrza cylindra włożył magnes. Za każdym razem, gdy wkładał magnes, przez drut owinięty wokół cylindra przepływał prąd.

Zrodziło to kolejne pytanie: czy wkładanie i wyjmowanie magnesu przymocowanego do specjalnej konstrukcji - ramienia połączonego z obracającym się kołem - może spowodować nieprzerwany przepływ prądu? Faraday spędził nad tym zagadnieniem wiele bezsennych nocy.

Krok po kroku zbliżał się do odpowiedzi, która miała stać się prawdziwym przełomem w nauce. Faraday udowodnił, że umieszczając sztabkę żelaza w pobliżu przepływającego prądu, można zamienić tę sztabkę w magnes. A także, iż prąd zaczyna płynąć przez zwój drutu, jeśli w pobliżu przesuwany jest magnes lub na odwrót: porusza się drutem w pobliżu magnesu.

Z czasem wyniki eksperymentów Faradaya pozwoliły naukowcom na coraz szersze zastosowanie elektryczności. Wykorzystywano wzajemne oddziaływanie elektryczności i magnetyzmu. Zdarzało się, że praktyka była szybsza od teorii. Do dziś zjawisko magnetyzmu nie zostało do końca wyjaśnione. Faradayowi i jego doświadczeniom z 1831 roku zawdzięczamy naukowe podstawy, dzięki którym można było zbudować wiele różnych urządzeń wytwarzających prąd do oświetlenia, ogrzewania itp.

Różne siły
Faraday doszedł w końcu do wniosku, że magnetyzm i elektryczność to dwie postaci tego samego zjawiska, a siły natury, np. światło i ciepło, są przejawem tzw. elektromagnetyzmu. Faraday uznał elektryczność i magnetyzm za siły biorące się bądź z magnesu, bądź ze źródeł energii elektrycznej. Do dziś nazywamy angielskiego uczonego ojcem elektromagnetyzmu