Sähkömagneettien historia

Jo keväällä 1820 tanskalainen Johann Oersted löysi tämän periaatteen sattumalta. Vuonna 1822 ranskalaiset fyysikot Arago ja Lussac havaitsivat, että kun sähkövirta kulkee rautalohkon sisältävän langan läpi, se magnetoi rautalohkon. Tämä oli itse asiassa ensimmäinen sähkömagneettien periaatteen löytö. Vuonna 1823 Sturgeon suoritti samanlaisen kokeen: hän kietoi 18 kierrosta paljaaa kuparilankaa U-muotoisen rautatangon ympärille, joka ei ollut magneetti. Kun kuparilanka liitettiin jännitekennoon, U-muotoisen rautasauvan ympärillä oleva kuparikela loi tiheän magneettikentän, mikä muutti U-muotoisen rautasauvan "sähkömagneetiksi". Tämän sähkömagneetin magneettinen energia oli moninkertainen verrattuna kestomagneetteihin; se voisi vetää puoleensa rautaharkoja 20 kertaa oman painonsa verran. Kun virta katkaistiin, U{14}}-muotoinen rautatanko ei voinut vetää puoleensa yhtään rautaharkkoa ja palasi tavalliseksi rautasangoksi.

Sturgeonin sähkömagneetin keksintö osoitti ihmisille loistavan mahdollisuuden muuttaa sähköenergia magneettiseksi energiaksi. Tämä keksintö levisi nopeasti Isossa-Britanniassa, Yhdysvalloissa ja joissakin Länsi-Euroopan rannikkomaissa. Vuonna 1829 amerikkalainen sähköasentaja Henry teki joitain innovaatioita Sturgeonin sähkömagneettiin korvaamalla paljaat kuparilangat magnetoelektrisesti eristetyillä johtimilla, mikä eliminoi liiallisesta kuparilangan kosketuksesta johtuvien oikosulkujen riskin. Eristyksen vuoksi johdot voitiin kiertyä tiiviisti yhteen keloiksi; mitä tiheämmät kelat, sitä vahvempi magneettikenttä, mikä parantaa huomattavasti kykyä muuntaa sähköenergiaa magneettienergiaksi. Vuoteen 1831 mennessä Henry oli rakentanut uudemman sähkömagneetin; vaikka se on pieni, se pystyi nostamaan tonnia rautaa.

Oerstedin virran magneettista vaikutusta koskevien kokeiden ja useiden muiden kokeiden innoittamana Ampère tunnusti, että magneettisten ilmiöiden ydin oli sähkövirta. Hän pelkisti virran ja magneettien eri vuorovaikutukset virtojen välisiksi vuorovaikutuksiksi, mikä nosti esiin perustavanlaatuisen kysymyksen nykyisten elementtien vuorovaikutusta säätelevien lakien löytämisestä. Eristetyn virtaelementtien suoran mittaamisen vaikeuden voittamiseksi Ampère suunnitteli huolellisesti neljä nollakoetta ja sai tulokset tiukan teoreettisen analyysin avulla. Koska Ampère kuitenkin piti toiminnan käsitettä etäisyyden päässä sähkömagneettisissa vuorovaikutuksissa, hän esitti teoreettisessa analyysissään oletuksen, että kahden virtaelementin välinen voima vaikutti niitä yhdistävää linjaa pitkin, toivoen noudattavansa Newtonin kolmatta lakia, joka johti virheellisiin johtopäätöksiin. Yllä oleva kaava on tulos sen jälkeen kun on korjattu virheellinen oletus, että voima vaikuttaa niitä yhdistävää linjaa pitkin. Se on ymmärrettävä etäisyyden toiminnan näkökulmasta seuraavasti: virtaelementti synnyttää magneettikentän ja magneettikenttä kohdistaa voiman toiseen virtaelementtiin siinä.