Hans Christian Oersted: Phát hiện mối liên hệ giữa điện và từ
Vào cuối thế kỷ 18, giới khoa học bắt đầu chú ý đến các hiện tượng điện và từ tính, nhưng hầu hết mọi người đều tin chúng là những thứ tách biệt. Tháng 7/1820, nhà triết học tự nhiên Hans Christian Oersted xuất bản một cuốn sách nhỏ chứng minh chúng có liên quan mật thiết với nhau.
Hans Christian Oersted sinh ra tại Rudkobing (Đan Mạch) vào tháng 8 năm 1777. Ông tỏ ra hứng thú với khoa học ngay từ lúc còn nhỏ. Năm 1794, ông đăng ký vào trường Đại học Copenhagen để theo học ngành vật lý, triết học và dược học. Sau khi hoàn thành luận án tiến sĩ triết học tại ngôi trường này vào năm 1801, ông đi du lịch khắp châu Âu, ghé thăm nhiều quốc gia như Đức và Pháp. Trong suốt chuyến đi, ông có dịp gặp gỡ các nhà khoa học nổi tiếng đương thời, nhưng người để lại cho ông ấn tượng sâu sắc nhất là Johann Ritter – một trong số ít các nhà khoa học tại thời điểm đó tin rằng tồn tại mối liên hệ giữa điện và từ.
Trở về Đan Mạch năm 1803, Oersted nộp đơn xin làm giảng viên tại Đại học Copenhagen nhưng không được chấp thuận ngay lập tức. Thay vào đó, ông bắt đầu giảng bài riêng và thu phí nhập học. Chẳng mấy chốc, nhiều người biết đến danh tiếng của ông, và cuối cùng trường Đại học Copenhagen cũng nhận ông vào làm việc chính thức năm 1806.
Trong thời gian công tác, ông đã mở rộng chương trình đào tạo vật lý, hóa học và thành lập các phòng thí nghiệm mới. Bài báo khoa học đầu tiên của ông mô tả sự liên quan giữa các lực liên kết hóa học và điện. Ông nghiên cứu tỉ mỉ hàng loạt vấn đề vật lý, bao gồm khả năng nén của nước hoặc sử dụng dòng điện để kích nổ mìn.
Cho đến cuối thế kỷ 18, mặc dù hầu hết các nhà khoa học tin rằng điện và từ không liên quan, nhưng có một số lý do để suy đoán chúng vẫn tồn tại mối liên hệ. Ví dụ, con người từ lâu biết rằng hướng chỉ của một chiếc la bàn ở gần nơi xảy ra sét đánh sẽ lệch khỏi vị trí ban đầu, thậm chí cực từ của kim la bàn có thể đảo ngược [cực Bắc của kim la bàn biến thành cực Nam và ngược lại].
Tháng 4/1820, Oersted tiến hành một thí nghiệm mang tính đột phá chứng minh điện và từ có thể chuyển hóa cho nhau, góp phần mở ra một chuyên ngành mới của vật lý – điện từ học. Trong lúc lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm để chuẩn bị bài giảng, ông nhận thấy nếu tạo ra dòng điện bằng cách nối dây dẫn vào hai đầu của pin, một chiếc kim la bàn đặt gần đó sẽ lệch khỏi hướng Bắc – Nam ban đầu. Mặc dù kim la bàn chỉ lệch một góc nhỏ, nhưng đối với ông đó là hiện tượng vô cùng thú vị.
Nhiều người nói đây chỉ là khám phá hoàn toàn tình cờ của Oersted, nhưng một số tài liệu viết rằng đó là thí nghiệm ông chủ động thiết kế nhằm kiểm tra mối liên hệ giữa điện và từ tính, hoặc chứng minh một điều gì đó hoàn toàn khác. Dù thế nào đi nữa, chắc chắn ông là người luôn sẵn sàng quan sát và tìm cách lý giải những hiện tượng mới.
Tuy nhiên, Oersted không thể giải thích kết quả thí nghiệm ngay lập tức. Ông nghĩ về nó trong suốt ba tháng. Sau đó, ông tiếp tục làm các thí nghiệm khác cho đến khi đủ bằng chứng kết luận dòng điện có thể tạo ra từ trường.
Vào ngày 21/7/1820, Oersted công bố kết quả thí nghiệm trong một cuốn sách nhỏ. Ông chia sẻ nội dung cuốn sách với nhiều nhà vật lý đương thời. Kết quả của ông chủ yếu là định tính, nhưng đủ để chứng minh dòng điện tạo ra lực từ một cách thuyết phục.
Loại pin Oersted sử dụng – một chồng pin volta bao gồm 20 tấm hình chữ nhật làm bằng đồng – có thể tạo ra suất điện động từ 15 đến 20 volt (V). Ông thử qua nhiều loại dây khác nhau nhưng kim la bàn vẫn bị lệch. Khi đảo ngược chiều dòng điện, ông nhận thấy kim la bàn xoay theo hướng ngược lại. Hiệu ứng trên vẫn xảy ra khi đặt mảnh gỗ hoặc thủy tinh ngăn cách la bàn và dòng điện.
Kết quả nghiên cứu của Oersted gây ấn tượng mạnh với các nhà vật lý khác. Họ bắt đầu điều tra mối liên hệ mới được phát hiện giữa điện và từ tính. Nhà vật lý người Pháp André Ampère phát triển một định luật toán học để mô tả lực từ giữa các dây mang dòng điện.
Sau khám phá của Oersted khoảng một thập kỷ, nhà khoa học nổi tiếng người Anh Michael Faraday chứng minh điều ngược lại cũng hoàn toàn đúng – từ trường thay đổi tạo ra dòng điện. Lấy cảm hứng từ phát hiện của Oersted và Faraday, nhà vật lý người Scotland James Clerk Maxwell đã phát triển các phương trình Maxwell, chính thức thống nhất điện và từ.
Hệ phương trình của Maxwell đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ. Bằng cách sử dụng hệ phương trình Maxwell, con người có thể hiểu quá trình lan truyền sóng điện từ trong không gian và sự phân bố năng lượng của chúng. Các thiết bị như ăng-ten thu phát sóng, radar, tivi, hay thông tin truyền thông hiện đại đều hoạt động dựa trên phương trình điện từ Maxwell.
Oersted tiếp tục thực hiện các nghiên cứu chuyên sâu về vật lý. Ông tham gia Hiệp hội Phổ biến Khoa học Tự nhiên (Society for Dissemination of Natural Science) nhằm giúp công chúng tiếp cận gần hơn với khoa học, điều mà ông nghĩ là rất quan trọng. Năm 1829, ông thành lập Học viện Bách khoa tại Copenhagen (Đan Mạch).
Không chỉ nổi tiếng trong lĩnh vực vật lý, người ta cũng biết đến Oersted với tư cách là một nhà văn, nhà thơ. Ông có nhiều đóng góp cho các lĩnh vực khoa học khác, chẳng hạn như hóa học. Ví dụ, ông là người đầu tiên sản xuất thành công nhôm kim loại vào năm 1825.
Oersted qua đời tại Copenhagen năm 1851 và được chôn cất tại khu Nghĩa trang Assistens trong thành phố. Phát hiện nổi tiếng của ông vào năm 1820 đánh dấu điểm khởi đầu cho sự hiểu biết của con người về điện từ, cũng như là cầu nối để liên kết những gì từng được coi là hai hiện tượng vật lý rất khác nhau.
Nguồn: https://khoahocphattrien.vn/kham-pha/nhung-ngoi-nha-bit-kin-cua-so-o-anh/20200514122011599p1c879.htm
