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