موتور الکتريکي هانري
دردهه 1820 تا 1830 ، هانري روي ساختن آهنرباهاي الکتريکي کارکرد و دربهبود وضع آنها نقش موثري داشت.او با سري وموازي کرده کويلها ، انواع الکترومگنت ها را ساخت و دريافت که باطري بکاربرده شده اثر مهمي در قدرت آهنربا دارد. درسال 1831 او الکترومگنتي ساخت که ميتوانست يک وزنه يک تني را بلند کند. درهمين سال او يک موتور الکتريکي ساخت . اين موتور از يک ميله آهني با محوري در وسط وسيم چيجي در دور آن ، تشکيل شده بود . زير انتهاي ميله آهني قطبهاي شمال دو آهنربا قرار داشت.عبور جريان از سيم پيچ ، ميله را آهنربا کرده وباعث انحراف آن ميشد. درهمين حال با روشي استادانه جهت جريا ن عوض شده وقطبهاي مغناطيسي ميله باعث انحراف درجهت ديگر ميشد. اين ارتعاشات تا 75 دور در دقيقه انجام ميشد. بدون شک اين موتور الکتريکي مقدمه اي براي ساخت موتورهاي امروزي بود.
تلگراف الکترومغناطيسي
درهمان سال ، هانري کارمهمي روي تلگراف الکترومغناطيسي انجام داد. او از يک باطري باولتاژ بالا وجريان کم ، سيمي بطول حدود يک مايل ، الکترومغناطيسي با تعداد دورهاي زياد سيم و زنگي که توسط اين الکترومگنت بصدا درميامد ، استفاده کرد.
القاي الکترومغناطيسي
راين زمان ، فاراده از آزمايشات هانري درمورد الکترومگنت هاي قوي، که درآنها پلاريزاسيون باتغيير جهت جريان عوض ميشد ، مطلع شد. در 29 اوت 1831، سرانجام فاراده پس از 6 سال تلاش اثري را که جستجوميکرد ، کشف کرد.
او اينطور ميگويد:" يک حلقه آهني گرد باقطر 6 اينچ وضخامت 8/7 اينچ برداشتم. چندين دور از سيم مسي عايق شده به يک نيمه حلقه پيچيدم .سيم پيچيده شده از سه قطعه 24 فوتي مجزا تشکيل شده بود که ميتوانستند بطور مستقل يا سرهم مورد استفاده قرار گيرند. سيم ها با هم پيچيده شده وازهم عايق شده بودند. اين قسمت را A نامگذاري ميکنيم. در نيمه ديگر وبافاصله از آن سيم پيچي دوقسمتي ديگري بطول 60 فوت وجود داشت. جهت پيچش مانند قبل بوده وآنرا B ميناميم. يک باطري با 10 زوج صفحه 4 اينچي ميتوانست به دوسر سيم پيچي A متصل شود.
به دوسر B دوسيم بطول 3 فوت درانتها با يک سيم مسي که بالاي يک عقربه مغناطيسي قرار گرفته اتصالي شده اند. بمحض اتصال باطري به قسمت A ، انحراف محسوسي در عقربه ديده ميشد. عقربه نوسان کرده ودوباره بحالت اوليه در ميآمد. باقطع کردن مدار طرف A ، مجددا اين پديده تکرار ميشد. با اتصال هر سه سيم پيچي در طرف A بهم ، انحراف خيلي شديد ترميشد
تبديل مغناطيس به الکتريسيته
اين کشف اثر ترانسفورماتوري ، سريعا فاراده را متوجه کل پديده کرد. در 24 سپتامبر او آزمايش ديگري راانجام داد. او يک کويل مارپيچي دور يک سيلندر از آهن نرم تهيه ، وازيک مارپيچي ويک عقربه مغناطيسي بعنوان نشان دهنده استفاده ميکند وچنين ميگويد:"سيم بصورت هليس دور سيلندر آهن پيچيده شده وبا سيم هاي مسي بيک هليس نشان دهنده در فاصله دورتر متصل شده بود . سپس آهن بين قطبهاي آهنربا مطابق شکل قرار ميگرفت. هر دفعه که اتصال مغناطيسي در N يا S بوجود ميامد ويا قطع ميشد، درهليس نشان دهنده حرکت مغناطيسي ظاهر ميشد. اين بار هم اثر دائمي نبود بلکه فقط بطور لحظه اي انجام ميشد.اما اگر اتصال الکتريکي بين دو سيم پيچ قطع ميشد،عمل بالا اثري روي نشان دهنده نميکرد. پس عمل عکس يعني تبديل مغناطيس به الکتريسيته انجام شده بود".
دراول اکتبر، فاراده آزمايش ترانسفورماتور را با هسته چوبي تکرارکرد وهمان نتايج را ولي خيلي ضعيف تر مشاهده کرد بطوريکه مجبورشد از گالوانومتر بعنوان نشان دهنده استفاده کند و نتيجه گرفت که پديده مذکور بدون وجود هسته آهني هم به وجود ميآيد.
بالاخره در 17 اکتبر سال 1831 ، مهمترين آزمايش خودش را انجام داد. او از يک هليس استوانه اي متصل شده به گالوانومتر استفاده کرد وچنين توضيح ميدهد:" يک ميله استوانه اين مغناطيسي بقطر 4/3 اينچ وطول 8.5 اينچ از يک انتها کمي وارد سيلندر هليسي ميشد. بعد بسرعت تمام ميله داخل هليس شده وعقربه گالوانومتر منحرف ميشد.بابيرون کشيدن ميله مغناطيسي مجددا گالوانومتر ، ولي درجهت عکس قبل منحرف ميشد. اين اثر درهربار تکرار مشاهده ميشد و به اين ترتيب يک موج الکتريسيته فقط از نزديکي آهنربا و نه اتصال با آن بوجود ميآمد." همان طور که قبلا گفته شد، فاراده ترجيح ميداد که کل اثرات الکتريکي ومغناطيسي را بصورت خطوط نيرو تصور کند، فکري که اولين بار با مشاهده وضع قرار گرفتن براده هاي آهني در اطراف آهنرباي طبيعي در او به وجود آمده بود. اکنون او پديده الکتريسيته القائي را بصورت اثر متقابل با خطوط قواي مغناطيسي ميدانست وآنرا در سال 1851 بيان کرد[9].
پس از کشف اصلي القاء ، فاراده به آزمايشات خود ادامه داد. در 28 اکتبر همان سال او نخستين دينامو يا مولد جريان دائمي خود را که متشکل از صفحه فلزي گردا ن بين قطبهاي مغناطيسي ومدارخارجي متصل بين مرکز و لبه صفحه بود ، اختراع کرد. به اين ترتيب نيروي مکانيکي بکمک اين ماشين ساده ، به نيروي الکتريکی تبديل ميشد
درهمين اوقات ، هانري نيز آزمايشاتي انجام داده ونتايج مشابهي درمورد القاء وخود القاء رسيده بود.تفاوت او با فاراده دراين بودکه فاراده دستگاههائي براي آشکارشدن اثرات بسيارکم مي ساخت ولي هانري سعي ميکرد اثرات کوچک را بزرگ کند ورله الکترومغناطيسي از نتايج کارهاي اوبود
پديده خود القاء
درسال 1832 فاراده قانون القاي خود را فرموله کرد ودرهمين سال هانري، قانون خودالقاء خود را اعلام کرد. در آزمايشي مشاهده کرد که در هنگام قطع مدار جرقه توليد ميشود درحاليکه در حالت وصل اينطورنيست. همچنين ديد که اين اثر در حالتي که سيم پيچيده شده ويا جريان بيشتر باشد شديد تراست. او نتيجه گرفت که قطع جريان در هر قسمت از سيم ، در قسمتهاي مجاور آن سيم جريان القاء ميکند واين جريان القائي است که ايجاد جرقه ميکند. بنابراين پديده خود القائي توسط هانري کشف شد
درهمين سال پيکسلي کموتاتور را براي ژنراتورهاي جريان دائم ساخت.
واحدهاي مطلق اندازه گيري
درهمين زمان گاوس طي مقاله اي براي اولين بار کار برد واحدهاي مطلق ،فاصله ، جرم وزمان را براي اندازه گيري مقادير غير مکانيکي بطور سيستماتيک اعلام کرد. وبر در اين کار بااو همکاري کرده است.
الکتروليز
درسال ا833 ، فاراده مقاله مهمي درباره الکتروليز يا تجزيه شيميائي توسط جريان نوشت. کلما ت آند ، کاتد ، الکترود، الکتروليت و يون براي اولين بار توسط او بکار رفتند.
فاراده بدنبال اين فکر رفت که الکتريسيته بوجود آمده از منابع مختلف ، ژنراتور هاي الکترواستاتيک، پيل ولتا، دينامو و جرقه هاي الکتريکي همگي يکسان هستند. او گزارشاتي از آثار يکسان شکلهاي مختلف الکتريسيته را ملاحظه کرد. اشکال اصلي فقط در مورد حالت الکترواستاتيک بود . گزارشات منتشر شده حاکي از وجود اثر الکتريکي ومغناطيسي در تخليه الکتريکي بود، ولي فاراده آنها را دوپهلو ميديد.مثلا تخليه الکتريکي ، سوزن را مغناطيس ميکرد ولي فاراده ايجاد مغناطيس توسط ميدان الکترواستايتک را غير ممکن ميديد . همچنين در1801 ،ولاتسون در تجزيه آب توسط جرقه تخليه در زير آب خبر داده بود ، اما اين ميتوانست بعلت ضربه مکانيکي ، حرارت ايجاد شده توسط جرقه ويا هر دو باشد. فاراده برای برطرف کردن هرگونه شکي ،آزمايشاتش را متوجه اين دو اثر کرد.
اثر مغناطيسي تخليه الکترواستاتيک بوسيله يک گالوانومتر ساده آزمايش شد. تخليه با عبور آن از يک نخ مرطوب ، بطئي شد. گالوانومتر انحراف نشان داد ولذا سئوال براي اولين وآخرين بار مشخص شد. در اينجا شايد فاراده بايد توقف ميکرد ولي او موقعيت مقايسه کمي الکتريسيته استاتيک والکتريسيته ولتا را داشت. يک الکترومتر ، مقدار نسبي باراستاتيک را تعيين ميکرد. وانحراف گالوانومتر به او اجاره ميداد که بار وتخليه را بهم مر بوط کند. خوشبختانه ، وبدون اينکه خود فاراده بداند، دراينجا گالوانومتر او مانند يک گالوانومتر باليستيک عمل ميکرد واو ميتوانست نتيجه بگيرد که " اگر همان مقدار مطلق الکتريسيته از گالوانومتر عبور کند ، شدتش هرچقدر که باشد ، نيروي منحرف کننده سوزن مغناطيسي يکسان است" . فاراده فورا به اين فکر افتاد تا دستگاهي براي مقايسه کمي جريانهاي ايجاد شده توسط تخليه استاتيک وولتائي بسازد. با تاثير الکتريسيته روي عقربه گالوانومتر ، فاراده نتيجه قطعي در يکي بودن دو الکتريسيته گرفت. به اين ترتيب او دستگاهي براي اندازه گيري مقادير نسبي الکتريسيته ساخته بود.
مساله اي که باقي ميماند، تجزيه الکتروشيميائي توسط تخليه الکتريکي بود. در اينجا نيز انجراف گالوانومتر اندازه دقيق مقدار الکتريسيته را نشان ميداد. آيا نميشد مقدار الکتريسيته را به مقادير تجزيه شده شيميائي ارتباط داد؟.درجواب به اين سئوال فاراده ، دوقانون خود در الکتروشيمي را بيان کرد. اول اينکه عمل شيميائي يا قدرت تجزيه دقيقا متناسب با مقدار الکتريسيته گذرنده از محلول است. ديگر اينکه مقادير اجسام مختلف رسوب کرده يا حل شده با مقدار معين الکتريسيته ، متناسب با وزن هاي شيميائي معادل آنها است. به اين ترتيب فاراده علاوه بر اثبات يکي بودن الکتريسيته ها ، رابطه ديگري از تبديل نيروها يافته بود. الکتريسيته فقط در ميل ترکيبي شيميائي مانند پيل ولتا وارد نميشد بلکه نيروئي براي ترکيب شيميائي بود.
در 1881 هلمهولتز از مقالات سال 1831 فاراده در الکتروشيمي بعنوان پايه تجربيا تش براي اين پيشنهاد که الکتريسيته بايد مخصوس باشد ، يااينکه قوانين الکترو شيميائي فاراده بي معني خواهد بود استفاده کرد.
درتحقيقات الکتروشيميائي خود او به کشفي انقلابي دست يافت. درتغيير شرائطي که در تحت آن تخليه الکترواستاتيکي باعث تجزيه شيميائي ميشد ، او باتعجب دريافت که احتياج به قطب نيست. اززمان اختراع پيل ولتا، متخصصين الکتروشيمي فرض ميکردند که مثبت ومنفي دو انتهاي مدار مانند مرکز نيرو عمل ميکنند. نيروئي که از راه دور روي مولکولهاي محلول عمل کرده وباعث از هم گسيختن آنها ميشود،وبنابراين عبارت قطب را بکار ميبردند. اما هنگاميکه فاراده يک تخليه الکترواستاتيک را از کاغذ خشک آغشته شده به محلول يدور پتاسيم در هوا عبور داد، يديد پتاسيم تجزيه شد. پس در اين حالت قطبها يا مراکز نيرو در تئوري قبلي کجا بودند؟. ومهمتر اينکه چه چيزي داشت از فاصله دور روي مولکولهاي يديد پتاسيم عمل ميکرد. فقط عبور جريان براي تجزيه کافي بود. اين آزمايش باتخليه الکترواستاتيکي باعث تصور اينکه تجزيه بعلت اثر ازراه دور نيرو نيست، در فاراده شد.
دريک رشته آزمايشات ابتکاري ، فاراده نشان داد که مولکولها اصولا از هم گسيخته نميشوند. درعوض ، دومولفه يک نمک دوگانه ، بنظر ميرسيد که در جهات مختلف در محلول تا رسيدن به انتهائي که روي آن مي نشيند، مهاجرت ميکنند. فاراده دراين روش ادعا ميکرد که ، ميل ترکيبي اجزاء يک نمک به طرفهاي مخالف مولکولهاي ترکيب بوسيله جريان بيشتر شده وباعث ميشود که هر جزء شريک اصلي خود را ترک کرده و به ديگري نزديک خود به پيوندد. نيروي الکتريک جهت ترکيب مجدد را تعيين ميکند، يک جزء بطرف پايانه مثبت وديگري به پايانه منفي ميرود. اين خصوصيت (exaltation) از يک مولکول به مولکول بعدي ميگذرد، از پايانه شروع ودر محلول حرکت ميکند. هيچ نيروئي در فاصله وجود نداشت ، بلکه فقط نيروهاي بين مولکولي ايجاد شده توسط فشار تحميل شده بوسيله نيروي الکتريکي ، بودند. بدون رجوع به اتمهاي نقطه اي وپرتو نيروئي که اين تعادل شيميائي را ايجاد ميکرد، تصور اين پديده مشکل است.
چنين پرتوهائي ميتواند توسط تحميل ساير نيروها بهم بخورد، وبنظر ميرسد که منظور فاراده از (exaltation) همين بوده است. تحت تاثير نيروي الکتريکي ميل ترکيبي اجزاع مولکولي باعث (exalt) و هم رديفي آنها شده واجازه حرکت به آنها در محلول را ميدادند. پديده داراي 3 مرحله است . ايجاد فشار داخلي باتحميل نيروي الکتريکي ، (exaltation) ميل ترکيبي در امتداد جهت نيروي الکتريکي ، وحرکت که در اثر آن فشار بطور لحظه اي ، فقط تاتحميل فوري و دوباره نيروي الکتريکي در پايانه ، کاهش مي يافت. نيروي الکتريکي بااين ايجاد شدن وشکسته شدن هاي سريع فشار منتقل ميشد، وانرژي الکتريکي بدون انتقال عامل مادي منتقل ميشد. حتي قانون دوم الکتروشيميائي نيز از اين تصوير قابل بدست آمدن بود. هر انتقال احتياج به شکست يک پيوند شيميائي باشدت مخصوص داشت ، پس ميتوان انتظار داشت که نيروي کل بکار گرفته شده (مقدار الکتريسيته ) ميتواند رابطه مخصوص وساده اي با مقدار کل ماده تجزيه شده بااين نيرو داشته باشد.
قانون لنز
درسال 1833 ، لنز (H.F.E. Lenz) فيزيکدان روسي در مقاله اي که در اکادمي سن پترز بورگ ارائه شد قانون خود را اعلام کرد. اين قانون ميگفت که جريان القاء شده در جهتي است که ميخواهد با اثر الکترومغناطيسي خود با حرکت آهنربا يا کويلي که آنرا بوجود ميآورد، مخالفت کند. عبارت رياضي نيومن براي الکتروموتوري القائي در سال 1846 واثبات قانون بقاي انرژي براي پديده الکترومغناطيسي توسط هلمهولتز درسال 1847 بااستفاده از اين قانون بود. قانون مذکور براي معکوس بودن اثر موتور و ژنراتور وعکس العمل آرماتور نيز بکارميرفت. لنز با اين قانون نظريه غلط وبر را که معتقد بود عدم ازدياد جريان در اثر ازدياد سرعت آرماتور بعلت تاخير در مغناطيس شدن آهن است، رد کرد
خط تلگرافي گاوس
درهمان سال 1833 ، وبر آزمايشگاه فيزيک ورصد خانه را با دوسيم بطول يک مايل که از فراز منازل ودوبرج رد شده وبارها دچار قطعي شده بود، مرتبط کرد. بالاخره دراوائل سال اولين کلمات مبادله شد، واين اولين خط تلگرافي الکتريکي عملي است که توسط گاوس اعلام شده وبنظر ميرسد که از چشم ساير مخترعان دور ماند. بزودي گاوس متوجه اهميت اين اختراع براي مقاصد نظامي واقتصادي شده وتلاشي ناموفق براي کاربرد گسترده آن توسط دولت وصنايع انجام داد. درعرض چند سال ، سيم چندين بار تعويض يا ترميم شد تاآنکه درسال 1854 که متروک شده بود صاعقه آنرا بکلي از بين برد. ساير مخترعين مانند اشتاين هال در آلمان و مورس در آمريکا ، چند سال بعد روشهاي بهتر وموثر تري را بکار بردند بطوريکه پيشگامي وبر وگاوس در اين اختراع فراموش شد
زمين بعنوان يک سيم
اشتاين هال که براي دولت باواريا کار ميکرد دريافت که اززمين ميتوان بعنوان يکي از سيمهاي ارتباطي استفاده کرد.
اعلام کشف خود القاء فاراده
درسال 1834 ، فاراده ،بي اطلاع از اينکه هانري قبلا وبطور مستقل خاصيت خودالقاد را کشف کرده است، کشف پديده مذکور رااعلام کرد
بررسي کارهاي فاراده درزمينه القاء الکترومغناطيسي درمختصر نميگنجد وسخن ماکسول در چندين سال بعد مويد اين مطلب است. او ميگويد :" قبل از اينکه من شروع به مطالعه الکتريسيته کنم ، به اين نتيجه رسيدم که هيچ چيز رياضي قبل از مطالعه نتايج فاراده نخوانم. من ميدانستم که فاراده و رياضي دانان زبان يکديگر را نميفهمند ومتوجه بودم که هيچکدام هم غلط نمی گويند
ايستگاههاي مطالعاتي مغناطيس زمين
گاوس و وبر به اتفاق هم مقالات در مورد انحراف مغناطيسي زمين منتشر ميکردند ودر همين احوال آنها يک ايستگاه مطالعاتي مغناطيسي زمين ، که تهي از هرگونه موادمغناطيسي مانند آهن بود ، تاسيس کردند. درسال 1834 يک شبکه متشکل از 23 ايستگاه از نوع مذکور در اروپا کارميکرد که مولفه هاي افقي وعمودي مغناطيسي را مرتبا اندازه گيري کرده وسعي داشتند براي آن توضيح رياضي بيابند.
رله هانري
درسال1835 ، هانري از يک الکترومگنت ضعيف براي يک مدار مغناطيس قوي تر استفاده کرد وبه اين ترتيب اولين رله ساخته شد. او همچنين سيم پيچي هاي غير اندوکتيو و اولين ترانسفورماتورهاي مناسب براي تغيير سطح ولتاژ را ساخته واصول آنرا توضيح داد. او بوسيله القاء الکترومغناطيسي ، نيروي الکتريکي را از ديوار ساختمان عبور ميداد
سيستمهاي تلگرافي جديد
درهمين زمان ، ويتستون و کوک اولين تلگراف رادر انگلستان ، و مورس در امريکا برقرار کردند. درآن زمان همه چيز شناخته شده بود .فقط بايد عملي ، بهينه وبطور قابل اعتمادي بکار گرفته ميشد[10].
همچنين ، مانک (Munk) کشف کرد که پودر بعضي فلزات وقتي در کنار جرقه تخليه بار الکتريکي قرار ميگيرند ، خاصيت هدايتشان فرق ميکند
این وبلاگ توسط عباسعلی قادری در مورد ریاضیات و مطالب جالب دیگر نوشته شده است
