Geschiedenis van elektromagnetisme

Elektromagnetisme is een gebied van de fysica waarbij de elektromagnetische kracht wordt bestudeerd, een soort fysieke interactie die optreedt tussen elektrisch geladen deeltjes. De elektromagnetische kracht produceert meestal elektromagnetische velden, zoals elektrische velden, magnetische velden en licht. De elektromagnetische kracht is een van de vier fundamentele interacties (gewoonlijk krachten genoemd) in de natuur. De andere drie fundamentele interacties zijn de sterke interactie, de zwakke interactie en zwaartekracht.

Tot 1820 was het enige bekende magnetisme dat van ijzermagneten en van 'lodestones', natuurlijke magneten van ijzerrijk erts. Men geloofde dat de binnenkant van de aarde op dezelfde manier was gemagnetiseerd, en wetenschappers waren enorm verbaasd toen ze ontdekten dat de richting van de kompasnaald op elke plaats langzaam verschoof, decennium na decennium, wat een langzame variatie van het magnetische veld van de aarde suggereert.

De theorieën van Edmond Halley

Hoe kan een ijzeren magneet dergelijke veranderingen veroorzaken? Edmond Halley (van komeetfaam) stelde ingenieus voor dat de aarde een aantal bolvormige omhulsels bevatte, een in de andere, elk anders gemagnetiseerd, elk langzaam roterend ten opzichte van de anderen.

Hans Christian Oersted: Experimenten met elektromagnetisme

Hans Christian Oersted was professor in de wetenschap aan de Universiteit van Kopenhagen. In 1820 organiseerde hij in zijn huis een wetenschapsdemonstratie voor vrienden en studenten. Hij was van plan om de verwarming van een draad door een elektrische stroom te demonstreren, en ook om demonstraties van magnetisme uit te voeren, waarvoor hij een kompasnaald op een houten standaard voorzag.

Tijdens het uitvoeren van zijn elektrische demonstratie merkte Oersted tot zijn verbazing op dat elke keer dat de elektrische stroom werd ingeschakeld, de kompasnaald bewoog. Hij bleef stil en beëindigde de demonstraties, maar in de maanden die volgden, werkte hij hard om het nieuwe fenomeen te begrijpen.

Oersted kon echter niet verklaren waarom. De naald werd noch aangetrokken door de draad noch afgestoten. In plaats daarvan stond het in een rechte hoek. Uiteindelijk publiceerde hij zijn bevindingen zonder enige uitleg.

Andre Marie Ampere en elektromagnetisme

Andre Marie Ampere in Frankrijk vond dat als een stroom in een draad een magnetische kracht op een kompasnaald uitoefende, twee van dergelijke draden ook magnetisch zouden moeten samenwerken. In een reeks ingenieuze experimenten toonde Andre Marie Ampere aan dat deze interactie eenvoudig en fundamenteel was: parallelle (rechte) stromen trekken elkaar aan, anti-parallelle stromen stoten af. De kracht tussen twee lange rechte parallelle stromen was omgekeerd evenredig met de afstand daartussen en evenredig met de intensiteit van de stroom die in elk stroomde.

Er bestonden dus twee soorten krachten geassocieerd met elektriciteit-elektrisch en magnetisch. In 1864 demonstreerde James Clerk Maxwell een subtiele verbinding tussen de twee soorten krachten, waarbij onverwacht de snelheid van het licht betrokken was. Uit deze connectie ontstond het idee dat licht een elektrisch fenomeen was, de ontdekking van radiogolven, de relativiteitstheorie en veel hedendaagse fysica.