Strøm til magnetfelt til strøm:
Om Ørsteds, Amperes og Faradays opdagelser.
 
Historie

I dette emne indgår flere personer, hvis korte biografier følger hér:

André-Marie Ampère
Frankrig, 1775 - 1836.

Ampère var delvis selvlært, idet hans far gik ind for Rousseaus tanker om opdragelse og derfor blot stillede sit bibliotek til rådighed for barnet, som så selv tog fra. Amperes interesse gik i retning af naturvidenskaberne, begyndende i biologien og matematikken. Dette gav ham imidlertid ingen officiel uddannelse, så da midlerne efter hans far (der blev henrettet i 1793 under den franske revolution) ikke kunne række til at forsørge den familie, som han stiftede i 1799, begyndte han samme år at tjene penge ved at undervise i matematik i Lyon. Fra 1803 var han matematiklærer ved École Polytechnique i Paris, fra 1808 generalinspektør for det franske universitetssystem og fra 1824 eksperimentalfysiker ved Collège de France. Medlem af det franske videnskabsakademi i Paris (l'Académie Royale des Sciences) fra 1814.

Da Ørsted i 1820 havde vist, at en elektrisk strøm kan påvirke en magnet, nedsatte Det franske Akademi en kommission til at efterprøve Ørsteds forsøg. Det tog kun en uge, før kommisionsmedlemmet Arago kunne vise de øvrige akademimedlemmer, at forsøget forløb, som beskrevet af Ørsted. Ampere var ikke medlem af kommissionen, men han gik selv i gang med forsøg, idet han havde en teori om, at to strømførende ledninger også ville påvirke hinanden. Det lykkedes Ampere at få to ledere til at frastøde eller tiltrække hinanden (afhængig af strømretningen), og han påviste, at to strømførende spoler opfører sig som to magneter.

På basis af disse eksperimenter udformede Ampere en teori for såvel magneters som strømførende ledningers magnetiske virkning. Han forestillede sig, at magneternes virkning hidrørte fra små strømme, der løb på overfladen af de enkelte molekyler i magneten. Hermed brød han med Coulombs teori, der indeholdt to magnetiske fluida til at forklare magneters virkning. Ampere kaldte sin teori elektrodynamik, et navn der har holdt sig som standardbetegnelsen for teorier om vekselvirkning mellem elektriske og magnetiske felter.

Hans Christian Ørsted
Danmark, 1777 - 1851.

Han er født og opvokset på Langeland og kom i 1794 til Købehavn, hvor han blev optaget på universitetet for at studere fysik og astronomi, som han hurtigt fulgte op med kemi. Ørsted var stærkt optaget af den tyske filosof Kants tanker, som for naturvidenskabsfolk i dag kan synes meget spekulative. Grundidéen i Kants naturfilosofi er, at alle fysiske og kemiske fænomener skyldes to kræfter: tiltrækkende og frastødende. Ørsted brugte denne teori på forskellige dele af naturvidenskaben, med skiftende held.

På en dannelsesrejse (1801-1804) til bl.a. Paris forsøgte han at fremføre en kemisk teori om syrer og baser, som var udarbejdet af den ungarnske kemiker J.J.Winterl, men Ørsted blev nedgjort af de franske kemikere. Dette var medvirkende til, at han ikke fik et professorat ved sin hjemkomst, men måtte vente til 1806. Anderledes held havde han med Kants teorier til at sammenkoble elektricitet og magnetisme. Autoriteten Coulomb havde ellers i 1780'erne udelukket en sammenhæng mellem disse to naturfænomener, men Ørsted mente, at "vekselkampen" mellem to kræfter i ledninger med strøm kunne skabe magnetiske virkninger. Dette forudsagde han allerede i 1812, men først i 1820 kom hans eksperimentelle eftervisning af påstanden.

Ørsted fik også betydning for udviklingen af naturvidenskab i Danmark. Han stiftede i 1823 Selskabet for Naturlærens Udbredelse og tog initiativ til oprettelsen af Polyteknisk Læreanstalt (1829), i dag Danmarks tekniske Universitet.

Michael Faraday
England, 1791 - 1867.

I modsætning til Ampere og Ørsted kom Faraday ikke fra et akademisk hjem, og han begyndte sin uddannelse med at blive bogbinder. Her så han naturvidenskabelige bøger, som fangede hans interesse. Det lykkedes ham i 1813 at komme ind som laboratoriebetjent hos kemikeren Humphrey Davy på Royal Institution. 12 år efter blev han selv direktør for laboratoriet. Hans arbejde for Davy førte ham allerede i ansættelsesåret ud på en Europarejse, hvor han bl.a. mødte Volta og så Galileis fysiksamling i Firenze.

Faradays arbejde med elektromagnetisme begyndte først rigtigt i 1821, hvor han af en tidsskriftsredaktør blev bedt om at skrive en oversigt over litteratur om Ørsteds arbejde. Han studerede litteraturen og eftergjorde selv forsøgene. Han var tiltalt af Ørsteds idé om, at den magnetiske virkning går i cirkler om lederen. Han konstruerede to rotationsapparater, hvor en strømførende ledning roterer om en magnet og omvendt: verdens første elektromotor.

Når nu en strøm kunne fremstille et magnetfelt, var det oplagt at undersøge, om en strøm kunne fremstilles ved hjælp af magnetfelter. Ved siden af andre eksperimenter arbejdede Faraday med dette problem i 10 år. I 1831 lykkedes det ham at påvise, at en ændring i et magnetfelt kan inducere en strøm.

Faradays opdagelse af induktionen fik allerede året efter en praktisk anvendelse, idet Pixii (instrumentmager i Paris) byggede et apparat, der kunne fremstille elektricitet ved, at man drejede en magnet rundt tæt på nogle spoler. Dette apparat blev videreudviklet gennem flere trin til dynamoen, hvor magneterne er erstattet af elektromagneter, som får strøm fra dynamoen selv. Denne idé er et godt eksempel på, at samme tanke kan opstå flere steder næsten samtidig, men da Werner von Siemens var den første til at anvende princippet i større udstrækning (fra 1866), tillægger man ham æren for dynamoens opfindelse.

Opgave:

Du/I skal forberede et foredrag på ca. 30 minutter om Ørsteds og Faradays opdagelser af sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme.

I din/jeres forberedelse skal indgå

Foredraget skal indeholde følgende:
  • historierne om de tre omtalte fysikere og deres opdagelser
  • en detaljeret gennemgang af Faradays artikel
  • en fremvisning af de ovennævnte apparater på Steno Museet.

Kilder:

  • Dictionary of Scientific Biography. Charles Scribner's Sons, New York, 1970-1976.
  • Poul la Cour og Jacob Appel: Historisk fysik, II: Den nyere Naturforskning. Det Nordiske Forlag, København 1897. Findes også i senere udgaver.
  • Ole Knudsen: Elektromagnetismens historie 1820 - 1831 og Faradays opdagelse af induktionen. Gyldendal, 1980.
  • Ole Knudsen: Elektromagnetisme 1820 - 1900. Foreningen Steno Museets Venner, Århus 1991, 2000.
  • Michael Faraday: Experimental Researches in Electricity, 3 bd. London 1839-1855, Dover udg. 1965.

 
André-Marie Ampère


 
Et af Ampères apparater til at vise strømførende ledningers magnetiske virkning.


 
Hans Christian Ørsted



 
Ørsteds eksperiment



 
Michael Faraday


 
Faradays rotationsapparater


 
Faradays induktionsforsøg


 
Pixiis elektromagnetiske generator