Đuro Drobac

INSTITUT ZA FIZIKU, Zagrebhttp://www.ifs.hr

Priča o magnetizmu

The mystery of magnetism; explain that to me ! J.W.Goethe

0 500 1000 1500

Tales iz Mileta(624 – 546 p.n.e.)

Jantar natrljan tkaninom privlači komadiće pljeve ili papirusa

Magnetit privlači komadiće željeza

Tales je smatrao da ovi materijali imaju dušu u skladu sa stanovištem tog doba da svako gibanje odražava život, dušu ili božanstvo.

0 500 1000 1500

De rerum natura

…mora biti da iz ovog kamena izlaze čestice koje otpuhuju zrak smješten između kamena i željeza. Kad se taj prostor isprazni u njega padaju atomi željeza…

Dao i objašnjenje zašto zlato ili drvo ne pada u taj prostor. Zlato je teško pa se ne giba, a čestice prolaze kroz drvo, ne odbijaju se i ne stvaraju dovoljan “vakuum”…

Lukrecije(98 – 55 p.n.e.)

Galen(130 – 200)

Pokopao ovakve i slične ideje nemogućnošću objašnjenja eksperimenta kojeg je sam opisao: Magnetit privlači pet željeznih prstenova u nizu, a samo je prvi u dodiru s magnetitom

0 500 1000 1500

Sv. Augustin (354 – 430)

Ne moramo se bojati da bi kršćanin premalo znao o snazi i broju elemenata, kretanju, redu i pomrčinama nebeskih tijela, obliku nebesa, vrstama i prirodi životinja, grmlja i kamenja…

Dovoljno je kršćaninu da vjeruje kako uzrok svih stvorenih stvari, bilo nebeskih bilo zemaljskih, bilo vidljivih bilo nevidljivih, nije ništa drugo doli dobrota Stvoritelja, koji je jedini istinski Bog.

0 500 1000 1500

Shen-Kua(1030 – 1093)

“Meng ch'i pi t'an” Brush talks from Dream Brook

(Because I had only my writing brush and ink slab to converse with, I call it Brush Talks)

U ovoj knjizi se spominje kompas i njegova upotreba u kartografiji

Alexander Neckam (1157 – 1217)

De utensilibus (1180)

U ovom radu piše da je u Parizu čuo kako brod mora imati željeznu iglu na magnetu koji pliva da određuje smjer sjevera po oblačnu vremenu ili noći bez zvijezda.

0 500 1000 1500

?

Pierre de Maricourt

(Petrus Peregrinus de Maricourt)

Epistola Petri Peregrini de Maricourt ad Sygerum de Foncaucourt, militem, de magnete

(Actum in castris, in obsidione Luceriœ)

(8. kolovoza 1269)

• Logičko razmatranje bazirano na ekperimentalnim činjenicama uz sustavno iznošenje

• Pokušaj ostvarenja trajnog gibanja pomoću magneta (“perpetuum mobile”)

• Opisao plivajući i poduprti kompas

• Crtao “silnice” po kugli od magnetita (terella) i otkrio da sve završavaju u dvije nasuprotne točke – polovi

• Magnetna sila okomita i najjača na polovima

• Otkrio da se magnetski polovi ne mogu razdvojiti

0 500 1000 1500

William Gilbert (1544 – 1603)

(1600)

Knjiga posvećena onima koji traže znanja “ne samo u knjigama nego i u samim stvarima”

• Otkrio različite načine kako magnetizirati i pojačati magnet

• Otkrio da se magnetizam gubi ako se magnet dovoljno zagrije

• Pretpostavio da je Zemlja veliki magnet (“Magnus magnes ipse est globus terrestris”) i otkrio da se magnetski polovi ne poklapaju s geografskim polovima

• Na terelli otkrio da su krivulje koje spajaju iste vrijednosti inklinacije paralele pa predlagao da se to koristi u navigaciji za određivanje geografske širine no to nije prihvaćeno zbog velikih odstupanja.

Uveo termin elektricitet i otkrio da trenje kod mnogih tvari uzrokuje privlačno djelovanje, a ne samo kod jantara

0 500 1000 1500

• Otto von Guericke (1602 – 1688) napravio prvi elektrostatski generator baziran na trenju

• Stephen Gray (1666 – 1736) otkrio da se naboj može prenijeti s jednog tijela na drugo

• Charles du Fay (1698 – 1739) otkrio da postoje dvije vrste naboja. Isti se odbijaju, a različiti privlače

• Petrus van Musschenbroek (1692 –1761) otkrio kondenzator (“Leydenska boca”)

• Benjamin Franklin (1706 – 1790) postulirao da materijali imaju istu količinu negativnog i pozitivnog naboja. Grom je elekrična iskra

• Joseph Priestly (1733 – 1804) Charles Augustin Coulomb (1736 – 1806) otkrili da se naboji privlače/odbijaju silom ~ 1/r2

• Alesandro Volta (1745 – 1827) na temelju Galvanijevih radova otkrio kontaktni potencijal različitih metala i napravio prvu bateriju.

Velika otkrića u elektrostatici

0 500 1000 1500

Hans Christian Ørsted (1777 – 1851)

(travanj 1820)

Želio je povezati elektricitet i magnetizam jer mu je bilo poznato da gromovi uzrokuju zakretanje igle kompasa

Bio je uvjeren da kao što žica kojom teče struja emitira svjetlo i toplinu može isto tako emitirati i magnetski učinak

0 500 1000 1500

André Marie Ampère

(1775 – 1836)

Jean-Baptiste Biot (1774 – 1862)

Félix Savart (1791 – 1841)

Dominique Arago (1786 – 1835)

11.rujna 1820 na sjednici Acadèmie de Sciences Arago izvijestio o Oerstedovom otkriću. Za tjedan dana Ampère pokazao da se privlače žice kojima teče struja u istom smjeru, a odbijaju one kojima teče u suprotnom.

Kompletna teorija (bazirana na vlastitim eksperimentima) objavljena je 1826 god.

• molekularne vrtložne struje su uzrok magnetizma

• djelovanje magneta izvan samog sebe je jednako djelovanju zavojnice kojom teče struja

• magnetizacija je uređivanje molekula u vanjskom magnetskom “polju”

0 500 1000 1500

Michael Faraday(1791 – 1867)

“...ako struja može stvoriti magnetsko polje tada i magnetsko polje može stvoriti struju...”

• 1831 otkrio elektromagnetsku indukciju

otkrio elektromotor/generator

Na pitanje nekog političara kakva je korist od njegovih otkrića odgovorio: “Za sada ne znam, no jednog dana ćete moći ubirati porez na njih”

Joseph Henry (1797 – 1878) otkrio samoindukciju

Heinrich Lenz (1804 – 1865) otkrio orijentaciju induciranih struja

0 500 1000 1500

James Clerk Maxwell(1831 – 1879)

Jc

4tD

c1Hx

0BtB

c1Ex

4D

0 500 1000 1500

Pierre Curie (1859 - 1906)

Paul Langévin(1872 - 1946)

1903

Proučavao prijelaze izmeđumagnetskih stanja – Curieva temp.

Otkrio da sila na paramagnete ovisi inverzno o temperaturi

Teorijski objasnio Curievo otkriće.

- Magnetsko polje uređuje momente, a temperatura razuređuje.

Zagovornik ideje da su magnetska svojstva tvari određena putanjama elektrona

Pierre-Ernest Weiss(1865 – 1940)

• 1907 predložio fenomenološku teoriju feromagnetizma. Unutrašnje polje (nepoznatog izvora) održava

magnetizaciju feromagneta.

Na temelju Langevinove teorije za paramagnetizam dobio

HU ~ TC

Za željezo TC 1000 K pa proizlazi HU 1500 T

Što je izvor ovog ogromnog polja?

Klasična fizika nema odgovora na ovo pitanje

0 500 1000 1500

Niels Bohr (1885 – 1962)

Ernest Rutherford(1871 – 1937)

0.1 mm 10 cm 10 km

0 500 1000 1500

1908

1922

W. Heisenberg(1901 – 1976)

P.A.M. Dirac(1902 – 1984)

W. Pauli(1900 – 1958)

E. Schrödinger(1887 – 1961)

L.de Broglie(1892 – 1987)

Prostor u kojem se gibaju elektroni određen je trima “kvantnim brojevima”

n = 1, 2, 3, 4, 5 ...l = 0, 1..., n -1ml = -l, -l+1, ... 0 ... lU prostoru određenom s n l ml smještaju se dva elektrona suprotnih “spinova”

0 500 1000 1500

1929 1933 1945 1932

3d-orbitala (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)

n = 3, l = 2, ml = -2, -1, 0, 1, 2

Ima li u magnetizmu nečega što još ne razumijemo ili ne znamo?

Ljudska vrsta je temeljito iskoristila svoje znanje o magnetizmu

0 500 1000 1500

0 500 1000 1500

Heisenberg

Bohr Pauli

Copenhagen, 1934

0 500 1000 1500