تاریخچه الکترومغناطیس

در اوایل بهار 1820، یوهان ارستد دانمارکی این اصل را به طور تصادفی کشف کرد. در سال 1822، فیزیکدانان فرانسوی آراگو و لوساک کشف کردند که وقتی یک جریان الکتریکی از سیم حاوی یک بلوک آهنی عبور می کند، بلوک آهنی را مغناطیسی می کند. این در واقع کشف اولیه اصل آهنرباهای الکتریکی بود. در سال 1823، استورجن آزمایش مشابهی را انجام داد: او 18 دور سیم مسی خالی را به دور یک میله آهنی U-شکل پیچید که آهنربا نبود. هنگامی که سیم مسی به سلول ولتایی متصل شد، سیم پیچ مسی اطراف میله آهنی U شکل، میدان مغناطیسی متراکمی ایجاد کرد، بنابراین میله آهنی U شکل را به یک "الکترومغناطیس" تبدیل کرد. انرژی مغناطیسی این آهنربا در مقایسه با آهنرباهای دائمی چندین برابر تقویت شد. می توانست بلوک های آهنی را 20 برابر وزن خود جذب کند. وقتی برق قطع شد، میله آهنی{14}}شکل U نتوانست هیچ بلوک آهنی را جذب کند و به یک میله آهنی معمولی بازگشت.

اختراع آهنربای الکتریکی توسط استورجن به مردم چشم انداز روشن تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مغناطیسی را نشان داد. این اختراع به سرعت در بریتانیا، ایالات متحده و برخی از کشورهای ساحلی اروپای غربی گسترش یافت. در سال 1829، هنری برق‌کار آمریکایی، نوآوری‌هایی در آهن‌ربای استورجن انجام داد و سیم‌های مسی لخت را با سیم‌های عایق مغناطیسی جایگزین کرد، بنابراین خطر اتصال کوتاه ناشی از تماس بیش از حد سیم مسی را از بین برد. به دلیل عایق بودن، سیم‌ها می‌توانند در سیم پیچ‌ها به هم پیچیده شوند. هر چه سیم پیچ ها متراکم تر باشند، میدان مغناطیسی قوی تر است و توانایی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مغناطیسی را تا حد زیادی بهبود می بخشد. در سال 1831، هنری یک آهنربای الکتریکی جدیدتر ساخته بود. اگرچه اندازه کوچکی دارد، اما می تواند یک تن آهن را بلند کند.

آمپر با الهام از آزمایش‌های ارستد بر روی اثر مغناطیسی جریان و یک سری آزمایش‌های دیگر، دریافت که ماهیت پدیده‌های مغناطیسی جریان الکتریکی است. او فعل و انفعالات مختلف مربوط به جریان و آهن ربا را به برهمکنش بین جریان ها تقلیل داد و این مسئله اساسی یافتن قوانین حاکم بر برهمکنش عناصر جریان را مطرح کرد. برای غلبه بر دشواری اندازه‌گیری مستقیم عناصر جریان جدا شده، آمپر با دقت چهار آزمایش صفر طراحی کرد و با تحلیل نظری دقیق، نتایج را به دست آورد. با این حال، از آنجایی که آمپر در برهمکنش های الکترومغناطیسی، مفهوم کنش را در فاصله ای دور نگه می داشت، این فرض را تحمیل کرد که نیروی بین دو عنصر جریان در امتداد خطی که آنها را به هم متصل می کند، در تحلیل نظری خود عمل می کند، به این امید که از قانون سوم نیوتن پیروی کند، که به نتیجه گیری های اشتباه منجر شد. فرمول فوق پس از تصحیح این فرض اشتباه حاصل می شود که نیرو در امتداد خط اتصال آنها عمل می کند. این را باید از منظر عمل در فاصله به صورت زیر درک کرد: یک عنصر جریان یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند و میدان مغناطیسی بر عنصر فعلی دیگر درون آن نیرو وارد می کند.