W nocy nie mogłem zasnąć. Myśli tłukły mi się po głowie. Kręciłem się w łóżku, przewracałem z boku na plecy i znowu na bok. Wreszcie, o trzeciej nad ranem wstałem, zagrzałem wodę na herbatkę (tą uspokajającą), zajrzałem co w sieci piszczy, trochę poczytałem. Godzinę potem już spałem. Coś ciekawego mi się nawet śniło – nie pamiętam co. Gdy wstałem, myśl świeża przyszła mi do głowy. Z komórki wziąłem kawałek drutu. Skręciłem go jak na obrazku poniżej. Z szuflady wyciągnąłem baterię typu AA oraz kompas. Ułożyłem jak na obrazku. Przytknąłem na ułamek sekundy końce drutu do biegunów baterii. Igła zawirowała jak szalona – kręciła się z rozpędu przez sekundę lub dwie.
Uff, to prawda! Podręczniki nie kłamią! Pomiędzy elektrycznością a magnetyzmem w istocie jest jakiś związek!
Dwieście lat temu związek taki był jedynie marzeniem nieokiełzanych umysłów. Tak jak dziś takim marzeniem jest związek pomiędzy elektromagnetyzmem a grawitacją. Około roku 1800 odkryto baterię elektryczną (Volta). Tu i ówdzie w Europie zaczęto eksperymentować z prądem elektrycznym. W roku 1801 francuski chemik Nicholas Gautherot zauważył, że dwa przewodniki przez które przepuszczał prąd jakby przyciągały się do siebie. Nikt jednak nie zwrócił na to specjalnej uwagi. Ot, dziwota jakaś. Francja, Niemcy – te potęgi, tam działy się ciekawe i ważne rzeczy. Dania się w nauce mało liczyła. A jednak to właśnie z Danii wyszło odkrycie i temat dzisiejszej notki.
Hans Christian Oersted (1777-1851) był synem biednego aptekarza w miejscowości Rudkøbing na duńskiej wysepce Langeland.
Szkół nie było pod ręką, rodzice Christiana zorganizowali wiec mu i bratu naukę u perukarza Christiana Oldenberga. Ten uczył braci dodawać i odejmować, uczył ich tez niemieckiego. O mnożeniu Christian Oersted dowiedział się od chłopców z okolicy. Od burmistrza miasteczka łyknął nieco francuskiego, od piekarza nieco rysunku a od geodety trochę geometrii. Gdy miał lat dwanaście, pomagał ojcu w aptece, i tak nasiąkł trochę chemią. Wiedza wsiąkała w Christiana jak w gąbkę, rodzice to widzieli i zrobili co mogli – obaj bracia zdali celująco egzamin wstępny na Uniwersytet w Kopenhadze. Dostali małe stypendia od rządu duńskiego, dorabiali dając lekcje.
Anders Oersted poszedł droga na prawo (został prawnikiem), Hans Christian poszedł drogą na lewo – ciągnęła filozofia i metafizyka, szczególnie Kant. Zrobił więc Christian Oersted doktorat z metafizyki, dostał pracę u aptekarza w Kopenhadze i ... zaczął eksperymentować z nowo odkrytą baterią Volty. I znów rząd Danii poszedł mu na rękę, dostał Christian Oersted grant na podróż po ośrodkach myśli Niemiec i Francji. Dał wykład w Paryżu – gdzie go z jego metafizycznymi poglądami obśmiano. Po powrocie do Danii dał parę publicznych wykładów – doceniono jego talent dydaktyczny i został wykładowcą na uniwersytecie, uczył też w szkole wojskowej. Wykłady zajmowały mu jakieś pięć godzin każdego dnia. Resztę dnia poświęcał na studiowanie, badania, na pisanie.
Zauważył Oersted, że cienki drut podłączony do baterii się nagrzewa, może nawet zacząć świecić. Wiedział też o tym, że żeglarze donosili iż w czasie burzy, przy uderzeniu pioruna, igły magnetyczne kompasów czasem się przemagnesowywały. No i dobrze, trzeba je namagnesować od nowa i po kłopocie.
Ale Oersted nie był całkowicie racjonalny. Był racjonalnie irracjonalny. Wymarzył sobie, że nie może tak być, że są dwie różne siły, osobno elektryczność i osobno magnetyzm. Marzył sobie ojednej sile, uniwersalnej. Na swych wykładach demonstrował więc i jedno i drugie. Wymyślił sobie, że to co cosik, co płynie w przewodniku winno mieć wpływ na igłę magnetyczną. Wymyślił te sobie, że czym cieńszy będzie przewodnik, tym bardziej to cosik będzie się ściskać i tym większy powinien być ten wpływ (no, kompletnie źle sobie akurat to wymarzył!). I tak zimą roku 1820 w czasie wykładu, w obecności słuchaczy przepuszczał prąd przez cieniutki drut platynowy. Igła leżącego w pobliżu kompasu drgnęła. No, no!
Nie wiedział Orsted co o tym myśleć. Miał zresztą inne rzeczy na głowie. Minęły trzy miesiące zanim do zaobserwowanego efektu wrócił.
Tak sam o sobie potem pisał:
„Może się to wydawać dziwnym, że odkrywca nie przeprowadził dalszych eksperymentów z odkrytym efektem przez całe trzy miesiące; sam w to w nie może uwierzyć. „
Przekonał się wtedy, że jest na odwrót niż sądził. Czym grubszy przewód – tym efekt silniejszy! W lipcu roku 1920 posłał czterostronicową notkę o swym odkryciu do kilku czasopism naukowych.
Wieść szybko rozniosła się po świecie. Michael Faraday tak o Oerstedzie pisał:
„Jego determinacja w badaniu tego przedmiotu, zarówno przez rozumowanie jak i przez doświadczenie, została dobrze nagrodzona ... odkryciem efektu którego przedtem nikt nawet nie podejrzewał; gdy jednak został odkryty natychmiast przykuł uwagę wszystkich tych doceniających jego znaczenie i wartość.”
Z tym „nikt nawet nie podejrzewał” Faraday nieco przesadził. Oczywiście podejrzewano. Ale nie tak układano przewody i nie tak orientowano kompas. Tak jak w wielu innych zjawiskach potrzebna jest odpowiednia konfiguracja, inaczej efekt się rozmywa lub staje się niepowtarzalny.
Uwaga: Być może ci co budowali piramidy i megalityczne konstrukcje znali jakieś konfiguracje o których dziś nie wiemy (lub o których wiedzą jedynie wtajemniczeni)?
Oersted miał szczęście. Ale szczęście ma swoje drogi i metody – przychodzi do tych do których chce, którzy na nie zasługują, którzy na nie zapracowują. O filozofii Orsteda warto napisać więcej – może to zrobię w następnej notce. Póki co wróćmy do doświadczenia. Jak je można przeprowadzić, by można było wysnuć wnioski ilościowe a nie tylko jakościowe jak „igła zwariowała”.
Potrzebna nam jest ramka z drutu – metoda nawijania jak na obrazku (jedna i druga jest dobra):
Drut przeplatamy w plastykowym prostokącie:
Przyda się też zasilacz z regulowanym napięciem wyjścia – przygotowujemy więc coś takiego:
Zasilacz na obrazku jest niespecjalny: 24 V, prąd maksymalny 2 A. Opornik 15 Ohmów ogranicza prąd. Tutaj wiązka przewodów w centrum ma 24 przewody. Ramkę orientujemy na północ tak by igła kompasu była równoległa do środkowej wiązki przewodów gdy prąd nie płynie. Dalej zwiększamy prąd (mierzony widocznym amperomierzem) i notujemy odchylenie igły. Powstaje coś takiego:
Uwaga: Mając tą krzywą doświadczalna, mamy też domowej roboty amperomierz!
Na osi poziomej natężenie prądu pomnożone prze liczbę przewodów w wiązce środkowej, na osi pionowej odchylenie igły od początkowego kierunku (północy).
Fizyka to powinna teraz wyjaśnić ilościowo – przywołując możliwie proste i możliwie uniwersalne hipotezy na temat tego co się tu dzieje. Od tego i ona jest. Jak to zwykle bywa, możliwych wyjaśnień ilościowych może być kilka. Te będą ze sobą współzawodniczyć. Dziś fizyka wyjaśnia obserwowany efekt głównie poprzez odwoływanie się do pojęcia „pola magnetycznego”, prawa Biota-Savarta itd.
Ale o tym diable, który ukrywa się w szczegółach – w kolejnej notce.
Literatura
