Sähkömagnetismin historia
Sähkömagnetismin historia käsittelee sähköisten ja magneettisten perusilmiöiden historiaa, ja ne yhdistävän sähkömagnetismin teorian kehittymistä.
Aristoteleen välittämien tietojen mukaan magnetismia tutki tarkemmin ensimmäisenä Thales, joka eli noin vuosina 625–545 eaa.[1] Kuitenkin jo suunnilleen samoihin aikoihin myös Intiassa Sushruta käytti ensimmäisenä magneetteja kirurgisiin tarkoituksiin.[2]
Sana magneetti (kreik. magnétis lithos) johtuu Vähän-Aasian muinaisen Magnesian kaupungista,[3] jonka läheisyydestä löydettiin magneettista malmia, magnetiittia.[4] Vanhalla ja keskiajalla magneeteilla uskottiin yleisesti olevan maagisia ja tauteja parantavia ominaisuuksia.[5]
Kiinassa varhaisimmat kirjalliset tiedot magnetismista ovat 300-luvulta eaa. peräisin olevasta, tekijänsä mukaan nimetystä teoksesta Demonien laakson valtias (鬼谷子). Siinä mainitaan magneettiset kivet, jotka saavat raudan tulemaan luokseen tai vetävät sitä puoleensa.[6] Ensimmäinen maininta neulaan kohdistuvasta voimasta on vuosien 20 ja 100 jaa. välillä laaditussa teoksessa Louen-heng.[6] Magneettisesta kompassista kirjoitti ensimmäisenä kiinalainen tiedemies Shen Kuo (1031–1095), jonka mainitsi myös sen käyttökelpoisuuden navigaatiossa ja että sen avulla voitiin määrittää tähtitieteellinen todellinen pohjoissuunta.[7] Magneettisen kompassin käyttö navigointiin yleistyikin Kiinassa jo 1100-luvulla. Magneettineula kiinnitettiin kehikkoon tuolloin niin päin, että neula aina osoitti etelään.
Euroopassa kompassia ja sen käyttöä navigoinnissa kuvasi ensimmäisenä Alexander Neckam noin vuonna 1187. Vuonna 1269 Petrus Petegrinus kirjoitti teoksen Epistola de magnete, jossa magneettien ominaisuuksia ensimmäisen kerran kuvattiin laajasti.[5] Vuonna 1282 magneettien ja kompassin ominaisuuksista kirjoitti laajasti islamilainen fyysikko, tähtitieteilijä ja maantieteilijä Al-Ashraf.[8]
Vuonna 1600 tähtitieteilijä William Gilbert julkaisi teoksensa De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (”Magneeteista, magneettisista kappaleista sekä suuresta magneetista, Maasta”). Siinä hän kuvasi monia koetuloksiaan terrellaksi nimittämällään Maan mallilla. Koetulostensa perusteella hän päätteli, että Maa itse on magneettinen ja että juuri siitä syystä kompassineula osoittaa pohjoiseen. Aikaisemmin ilmiön syyksi oli arveltu, että Pohjantähti olisi voimakkaasti magneettinen tai että pohjoisnavalla olisi suuri magneettinen saari, joka vetäisi kompassinneulaa puoleensa.
Miten sähkö ja magnetismi liittyvät toisiinsa, selvisi vähitellen sen jälkeen, kun Kööpenhaminan yliopiston professori Hans Christian Ørsted vuonna 1819 miltei vahingossa havaitsi, että sähkövirta vaikuttaa lähellä olevan kompassin neulaan. Seuraavana vuonna Jean-Baptiste Biot ja Félix Savart julkaisivat Biot’n ja Savartin lain, joka osoittaa sähkövirtaa ympäröivän magneettikentän riippuvuuden etäisyydestä johtimesta, ja André-Marie Ampère totesi sähkövirtojen välisen voimavaikutuksen. Samaan aikaan François Arago havaitsi, että sähkövirran avulla on myös mahdollista magnetoida lähellä olevia rautakappaleita.[9] Michael Faraday totesi vuonna 1831, että virtasilmukan läpäisevä, ajallisesti muuttuva magneettikenttä indusoi johtimeen jännitteen. Hän ja muut löysivät myös muita yhteyksiä sähkön ja magnetismin välillä. Lopulta James Clerk Maxwell kokosi tutkimustulokset yhtenäiseksi sähkömagnetismin teoriaksi, ja hänen muotoilemansa Maxwellin yhtälöt muodostavat sekä sähköopin, magnetismin että optiikan perustan. Näistä yhtälöistä tuli myöhemmin myös yksi lähtökohta, jonka pohjalta Einstein vuonna 1905 kehitti erityisen suhteellisuusteorian,[10] jonka mukaan nämä lait pätevät kaikissa inertiaalijärjestelmissä.
Jo Ampère esitti vuonna 1820, että aineiden magneettiset ominaisuudet aiheutuisivat jonkinlaisista atomeja tai molekyylejä kiertävistä sähkövirroista. Näiden virtojen luonne oli kuitenkin epäselvä siihen saakka, kunnes atomin rakenne 1900-luvun alkupuolella selvitettiin.[5]
Sähkömagnetismin teorian kehitys on jatkunut vielä 2000-luvulla, ja se on liittynyt perustavampiin fysikaalisiin teorioihin kuten mittakenttäteorian, kvanttielektrodynamiikkaan, sähköisheikon vuorovaikutuksen teoriaan ja lopulta standardimalliin.
Lähteet muokkaa
- ↑ Historical Beginnings of Theories of Electricity and Magnetism galileoandeinstein.physics.virginia.edu. 1997. Viitattu 21.10.2015.
- ↑ Early Evolution of Power Engineering. Isis, 1932, 17. vsk, nro 2, s. 419–420. University of Chicago Press. doi:10.1086/346662.
- ↑ ”Magneetti”, Suomen sanojen alkuperä, Etymologinen sanakirja, 2. osa (L–P), s. 137. Suomalaisen kirjallisuuden seura, Kotimaisten kielten tutkimuskeskus, 2001. ISBN 951-717-711-9.
- ↑ Kaarle ja Riitta Kurki-Suonio: ”Sähködynamiikan kehitys”, Vuorovaikutuksista kenttiin – sähkömagnetismin perusteet, s. 12. Limes ry, 1989. ISBN 951-745-121-0.
- ↑ a b c ”Magnetismi”, Otavan suuri Ensyklopedia, 5. osa (Kriminologia–Makuaisti), s. 4045–4048. Otava, 1977. ISBN 951-1-04827-9.
- ↑ a b Origine de la Boussole 11. Aimant et Boussole. Isis, heinäkuu 1954, 45. vsk, nro 2.
- ↑ Shen Kuo: Mèng Xi Bi Tán. {{{Julkaisija}}}, 1088.
- ↑ Two Early Arabic Sources On The Magnetic Compass. Journal of Arabic and Islamic Studies, 1996–1997, nro 1, s. 81–132.
- ↑ Kaarle ja Riitta Kurki-Suonio: ”Sähködynamiikan kehitys”, Vuorovaikutuksista kenttiin – sähkömagnetismin perusteet, s. 15. Limes ry, 1989. ISBN 951-745-121-0.
- ↑ On the Electrodynamics of Moving Bodies. (englanninkielinen käännös) Annalen der Physic, 30.6.1905, 19. vsk. Artikkelin verkkoversio.