في عام ١٨١٩، لاحظ الباحث هانز كريستيان أورستد كيف يمكن انحراف إبرة مغناطيسية بفعل تيار كهربائي. كانت الإبرة المغناطيسية عبارة عن مغناطيس على شكل إبرة. أثبتت هذه التجربة، المعروفة بتجربة أورستد ، العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. حتى ذلك الحين، كان يُنظر إليهما على أنهما ظاهرتان منفصلتان، كما هو الحال مع الجاذبية والكهرباء.
سنخبرك في هذه المقالة بما تتكون تجربة Oersted وما هي خصائصها وانعكاساتها.
أصل تجربة أورستيد
من المهم أن نتذكر أنه في ذلك الوقت، لم تكن التكنولوجيا التي نمتلكها اليوم لإجراء البحوث وتقديم النتائج باستخدام المنهج العلمي موجودة. أثبتت تجربة أورستد وجود صلة بين الكهرباء والمغناطيسية. وقد وضع أندريه ماري أمبير القوانين التي تصف رياضياً التفاعلات المغناطيسية مع الكهرباء، وذلك من خلال دراسته للقوى بين الأسلاك التي تحمل تيارات كهربائية.
بدأ كل شيء بالتشابه بين المغناطيسية والكهرباء. دفع هذا التشابه إلى البحث عن العلاقة بينهما وما قد يفسر خصائصهما المشتركة. لم تُسفر المحاولات المبكرة لدراسة العلاقة المحتملة بين الشحنات الكهربائية للمغناطيس عن نتائج كثيرة. إلا أنها أظهرت أنه عند وضع أجسام مشحونة كهربائيًا بالقرب من المغناطيس، تتولد قوة واحدة بينهما . هذه القوة هي قوة تجاذب عامة، كتلك الموجودة بين أي جسم مشحون كهربائيًا وجسم متعادل. في هذه الحالة، الجسم هو المغناطيس.
يتجاذب المغناطيس والجسم المشحون كهربائيًا، لكنهما لا يصطفان. وهذا يدل على عدم وجود تفاعل مغناطيسي بينهما. فلو كان هناك تفاعل، لاصطفا. أجرى أورستد أول تجربة أثبتت العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. وكان قد تنبأ بإمكانية وجود علاقة بينهما في وقت مبكر من عام 1813، لكنه أكدها في عام 1820.
لقد حدث ذلك أثناء تحضيره لدرس الفيزياء في جامعة كوبنهاجن. في هذه الدورة، تمكن من التحقق من أنه إذا حرك بوصلة بالقرب من كابل يحمل تيارًا كهربائيًا، فإن إبرة البوصلة تميل إلى توجيه نفسها بحيث تكون عمودية على اتجاه الكابل.
الملامح الرئيسية
يكمن الاختلاف الجوهري بين تجربة أورستد والمحاولات السابقة التي أسفرت عن نتائج سلبية في أن الشحنات المتفاعلة مع المغناطيس في تجربة الحلقة والتيار تكون في حالة حركة. وكانت هذه الحقيقة حاسمة لفهم نتائج تجربة أورستد، إذ أثبتت أن كل تيار كهربائي قادر على توليد مجال مغناطيسي. أما أمبير، فقد كان عالمًا استخدم مفهوم العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية لاستشراف تفسير لهذه الظاهرة. وبفضل عمله، تمكن من وضع تفسير لسلوك المغناطيسية الطبيعية وصياغة جميع التطورات رياضيًا.
مساهمات تجربة Oersted
إن اكتشاف أن كل تيار كهربائي قادر على إنتاج مجال مغناطيسي يمكن أن يفتح العديد من آفاق البحث في المغناطيسية وعلاقتها بالكهرباء. ومن بين كل هذه المسارات المفتوحة، حدثت تطورات مثمرة للغاية، والتي قمنا بتطويرها إلى النقاط التالية:
- ال التحديد الكمي للمجال المغناطيسي الناتج عن أنواع مختلفة من التيارات الكهربائية. تمت الإجابة على هذه النقطة بسبب الحاجة إلى إنتاج مجالات مغناطيسية ذات كثافة وترتيب لخطوطها يمكن التحكم فيها. وبهذه الطريقة ، كان من الممكن التعامل مع فوائد المغناطيس الطبيعي وكان من الممكن إنشاء مغناطيسات صناعية أخرى مع عملية أكثر كفاءة.
- استخدام القوى الموجودة بين التيارات الكهربائية والمغناطيس. بفضل معرفة هذه الظاهرة ، أصبح من الممكن استخدام أدوات مختلفة لبناء محركات كهربائية ، والتي تستخدم لقياس شدة التيار والتطبيقات الأخرى. على سبيل المثال ، يتم استخدام الميزان الإلكتروني في العديد من المجالات اليوم. تم بناء الميزان الإلكتروني بفضل استخدام القوى الموجودة بين التيارات الكهربائية والمغناطيس.
- شرح المغناطيسية الطبيعية. بفضل استخدام تجربة Oersted ، كان من الممكن بناء المعرفة المتراكمة خلال هذا الوقت على البنية الداخلية للمادة. تم أيضًا تسليط الضوء على حقيقة أن أي تيار قادر على توليد مجال مغناطيسي في جواره. نتيجة لذلك ، من المعروف أن جميع السلوكيات قادرة على الاستفادة منه.
- إن التأثير المتبادل الذي يمكن أن يظهر في تجربة Oersted قد خدم الحصول الصناعي على التيار الكهربائي واستخداماته من قبل غالبية السكان. يعتمد هذا الاستخدام على الحصول على تيار كهربائي من مجال مغناطيسي.
افكار اخيرة
دعونا نتأمل بإيجاز في تجربة أورستد وإسهاماتها في عالم العلوم. نعلم أن السلك يتكون من شحنات موجبة وسالبة. هذه الشحنات متوازنة بحيث تكون الشحنة الكلية صفرًا؛ يمكننا تخيل السلك كصفين طويلين متوازيين . إذا حركنا السلك ككل، وتقدم كلا الصفين، فلن يحدث شيء. ولكن، إذا مررنا تيارًا كهربائيًا، سيتقدم الصف، وسيتولد مجال مغناطيسي يحرف الإبرة المغناطيسية.
ومن هذا يمكننا أن نستنتج أن ما ينتج المجال ليس حركة الشحنات، بل الحركة النسبية لشحنات إحدى الإشارات بالنسبة إلى الأخرى. التفسير وراء تحرك الإبرة هو أن التيار في السلك ينتج مجالًا مغناطيسيًا تدخل خطوطه من أحد طرفيه وتخرج من الطرف الآخر. وهكذا تتحرك الإبرة متبعة المجال المغناطيسي.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن تجربة Oersted وإسهاماتها في عالم العلوم.