Chúng ta đang sống trong một thời đại
dùng rất nhiều điện lực. Điện
được dùng trong cuộc sống hàng ngày:
lò điện, quạt máy, bàn ủi, tủ
lạnh, vô tuyến truyền thanh và truyền hình.
. . Điện lực còn được dùng trong
các nhà máy để chế tạo biết bao
vật dụng cần thiết, từ vật
nhỏ như cái đinh đến vật lớn
như con tầu thủy xuyên đại dương.
Chúng ta thử tưởng tượng nếu ngày
hôm nay không có điện, cuộc sống chung
quanh sẽ ra sao? Con người đã chế
ngự được một thứ năng lượng
và dùng nó để làm cho cuộc sống
tiện lợi hơn. Nhưng sự chế
ngự năng lượng này đòi hỏi
nhiều thế kỷ tìm kiếm của các nhà
khoa học, là những người đã khảo
cứu một cách vô vị lợi để
đưa Nhân Loại tới tình trạng khoa
học tiến bộ như ngày nay. Vậy điện
lực được tìm kiếm dần dần
như thế nào?
1/ Thales, Gilbert và Von Guericke.
600 năm trước Tây Lịch tại Hy
Lạp, nhà triết học kiêm toán học
lừng danh Thalès de Milet đã khảo cứu
mọi hiện tượng và sự vật chung
quanh. Một hôm khi đang ngồi làm việc, ông
thấy trên bàn có miếng hổ phách (amber), ông
liền cầm miếng đó lên ngắm nghía,
lấy áo đánh cho thật bóng rồi đặt
vào chỗ cũ. Bỗng nhiên Thalès sửng
sốt, ông thấy các vụn gỗ bám vào
miếng hổ phách. Tại sao có sự kỳ
lạ này? Thalès phân vân. Ông đánh bóng lại
miếng hổ phách và đặt gần các
vụn gỗ, kết quả vẫn như trước.
Thalès kết luận rằng khi sát mạnh
miếng hổ phách thì miếng này hút được
các vụn gỗ. Ông tự hỏi liệu các
thứ khác với vụn gỗ có bị hút không?
Thalès liền thử lại với lông chim,
vụn vải nhỏ và được các
kết quả tương tự. Công cuộc
khảo sát của Thalès chỉ tới đó. Ông
Thalès chỉ tìm thấy rằng khi sát mạnh
cục hổ phách bằng miếng da thì cục
hổ phách đã hút các vật nhẹ, trái
với trường hợp cục hổ phách không
được chà sát.
Trải qua 22 thế kỷ tới năm 1600, Sir
William Gilbert là người đầu tiên khảo
cứu về điện học và từ học.
Gilbert nhớ lại các điều nhận xét
của Thalès khi trước. Ông tự hỏi các
chất khác với hổ phách liệu có tính
chất khi sát mạnh, hút các vật nhẹ như
hổ phách không? Gilbert liền thử với
nhiều chất liệu và tìm thấy lưu
huỳnh, thủy tinh, si có tính chất tương
tự. Ông đặt tên cho sức hút bí ẩn này
là điện lực (électricité), suy từ
chữ Hy Lạp Elektra là hổ phách.
Trong tác phẩm De Magnete, Gilbert đã trình bày
tất cả vật chất đã được
ông dùng trong các thí nghiệm và xếp loại
theo thứ tự các chất có sức hút
lớn. Trong việc nghiên cứu về điện
lực và từ lực, Gilbert đã phát minh ra
được một điện nghiệm kế
(électroscope) dùng để khám phá các vật có
chứa điện lượng rất nhỏ. Các
điều quan sát cẩn thận và được
ghi chép đầy đủ của Sir William Gilbert
đã là căn bản cho các công cuộc khảo
cứu điện học sau này.
Tác phẩm De Magnete được phổ biến
rất chậm chễ tại châu Âu nhưng cũng
làm cho các nhà khoa học của lục địa
này phải chú ý tới các điều bí ẩn
đã được mô tả trong sách. Năm
1660, Otto Von Guericke, Thị Trưởng miền
Magdeburg nước Đức, ngoài việc điều
hành chính quyền còn chuyên tâm tới Khoa Học.
Ông Von Guericke đã phát minh ra một máy hút không
khí để tạo nên khoảng chân không. Ông còn
làm rất nhiều thí nghiệm lừng danh
về áp suất không khí.
Tác phẩm De Magnete khiến ông Von Guericke phải
nghiền ngẫm, suy nghĩ. Von Guericke làm lại
các thí nghiệm của Sir William Gilbert và thấy
rằng nếu cứ chà xát các mảnh lưu
huỳnh hay thủy tinh để có điện
lực thì quả là một công việc phiền
phức. Ông liền làm một quả cầu
bằng lưu huỳnh, xuyên qua tâm bằng
một trục có tay quay rồi đặt quả
cầu vào một giá gỗ. Khi quay thật nhanh và
dùng một găng tay bằng da đặt vào
mặt quả cầu lưu huỳnh, Von Guericke
đã lấy được một số điện
lượng lớn gấp bội thứ của
Sir William Gilbert, thứ điện này có ngay
tại chỗ bị chà xát và không lưu động
nên được gọi là tĩnh điện
(static electricity). Như thế Von Guericke đã
chế tạo được chiếc máy tĩnh
điện đầu tiên.
Von Guericke còn khám phá ra rằng khi một vật nào
tiếp xúc với quả cầu lưu huỳnh
thì vật đó cũng có tính chất hút các
vật nhẹ nghĩa là có chứa điện lượng.
Ông còn chứng minh rằng điện được
truyền đi trong các thanh kim loại. Otto Von
Guericke thực sự đã góp một phần
đáng kể vào môn điện học nhất là
máy tĩnh điện của ông giúp cho các nhà
khoa học sau này có thể khảo cứu điện
lực dễ dàng hơn.
2/ Benjamin Franklin và Luigi Galvani.
Tới đầu thế kỷ 18 tại nước
Anh, Stephen Gray là người đã giúp thêm vào
sự hiểu biết về điện học.
Gray rất nghèo, không đủ tiền mua sách
vở và dụng cụ thí nghiệm nên phải
nhờ một người bạn tên là Granvil
Wheler, là người giàu có lại ưa thích Khoa
Học và quý mến những người có chí.
Điện học đã ám ảnh Wheler cũng như
Gray và khiến cho hai người trở nên đôi
bạn tâm giao.
Vào một buổi chiều mùa đông năm 1729,
Gray và Wheler nối một khúc thủy tinh với
một quả cầu ngà bằng một sợi
chỉ dài rồi chà xát khúc thủy tinh, họ
nhận thấy các lông tơ dính vào quả
cầu ngà, như vậy điện lượng
đã được truyền đi qua sợi
chỉ. Gray đã thấy rằng vài chất có tính
cách dẫn điện, có chất lại không.
Những chất kể sau này được
gọi là chất cách điện (insulator). Gray còn
cho biết kim loại là chất dẫn điện
tốt (conductor).
Các phòng thí nghiệm của thời kỳ đầu
thế kỷ 18 thường được trang
bị một máy tĩnh điện của Von
Guericke. Khi cần thí nghiệm, việc phải
quay máy để chế tạo điện
lực trở nên một vấn đề
phiền phức. Nhiều người tự
hỏi liệu có cách chứa điện nào
để điện lượng sẵn sàng khi
cần đến? Qua nhiều năm, các nhà
vật lý đã nhận thức rằng không khí
ẩm ướt khiến cho tĩnh điện
lấy được từ máy bị mất mát
đi rất nhiều. Pieter Van Musschenbroek (1692/1761),
Giáo Sư tại trường Đại Học
Leyde, Hòa Lan, cho rằng sự mất điện
như vậy do bởi không khí đã dẫn
điện. Theo ý ông, muốn tránh bị mất
điện nên bao bọc vật chứa điện
bằng chất cách điện. Musschenbroek
liền treo một chai đầy nước
bằng một sợi kim loại xuyênqua nút chai và
sợi này được buộc vào một đoạn
ống thép, treo nằm ngang do hai sợi chỉ.
Musschenbroek cho rằng khi nạp điện, điện
lượng sẽ truyền vào nước và chai
thủy tinh sẽ che chở cho số điện
lượng đó. Rồi ông chạm một tay vào
đoạn ống thép và tay kia vào chai thủy
tinh, ông đã thấy bị giật mạnh.
Thí nghiệm của Musschenbroek được làm
lại tại nhiều nơi, nhất là tại nước
Pháp do tu sĩ Jean Antoine Nollet (1700/1770), Giáo Sư
Triết Học Thiên Nhiên của Hoàng Gia. Trước
mặt nhà Vua, Nollet đã thực hiện sự
phóng điện vào một hàng vệ binh tay
nắm tay. Chính Nollet đã đặt tên cho
dụng cụ của Musschenbroek là chai Leyde và
từ năm 1744, chai Leyde là một thứ tụ
điện thô sơ nhất. Chai Leyde bằng
thủy tinh, được bọc ngoài bằng các
lá thiếc mỏng, cổ chai bằng gỗ có
gắn một cây đinh xuyên qua. Khi quay máy tĩnh
điện rồi cho tiếp xúc với cây đinh,
chai Leyde như vậy được tiếp điện
và chứa điện cho đến khi nào dùng
tới.
Vào thời kỳ đó thứ tụ điện
này được phổ biến rất nhiều
tại châu Âu. Trong phòng thí nghiệm, đôi khi các
nhà khoa học còn làm cho khán giả phải kinh
ngạc bằng cách dùng chai Leyde để
“lấy điện từ đầu mũi người
ngồi riêng biệt tại mỗi nơi”. Chai
Leyde đã trở thành một đồ vật dùng
làm trò quỷ thuật đối với người
thường nhưng với nhà khoa học,
loại bình chứa điện này đã giúp
họ tìm ra các phát minh quan trọng khác.
Mãi tới năm 1750, chai Leyde mới được
miền đất Bắc Mỹ biết đến.
Tại nơi đây, chưa có một phòng thí
nghiệm do chính quyền mở ra, chưa có
một hội khoa học nào cũng như một
trường đại học nào. Tuy nhiên Tân
Thế Giới vẫn có nhiều nhà khảo
cứu và phát minh. Những người này mua sách
báo và vật dụng khoa học từ châu Âu và
thường phổ biến các kết quả
của công cuộc tìm kiếm qua sách báo của
nước Anh.
Trong số các nhà khoa học của châu Mỹ, có
nhà vật lý danh tiếng miền Philadelphia: ông
Benjamin Franklin. Franklin đã mua được
một chai Leyde từ châu Âu rồi sau rất
nhiều thí nghiệm về điện với
dụng cụ này, ông đi tới nhận xét
rằng tia điện phát ra từ chai tụ
điện giống như các lằn chớp trên
trời trong những ngày giông tố. Ông tự
hỏi phải chăng sấm chớp cũng là
một thứ điện nhưng với một cường
độ lớn gấp bội? Nếu như
thế phải làm sao nghiệm thử giả
thuyết này. Franklin liền làm một chiếc
diều khá lớn, phất bằng lụa rồi
vào một buổi chiều mây đen kéo tới mù
mịt, ông cùng đứa con trai William đem
diều ra thả. Chiếc diều theo gió mạnh
lên cao vùn vụt, chẳng mấy chốc đã
tới tầng mây đen thấp nhất. Franklin
buộc tại cuối sợi dây diều
chiếc chìa khóa bằng kim loại. Mười
phút sau sấm sét rền trời rồi mưa
xuống. Franklin đưa tay gần chiếc chìa
khóa thì thấy có tia lửa bật ra và ông
cảm thấy bị điện giật. Như
vậy sợi dây diều ngấm nước
đã truyền điện từ trên mây
xuống và khi ông đưa tay gần chiếc chìa
khóa bằng đồng, điện đã
truyền qua người ông.
Franklin liền sai William mang chai Leyde ra, rồi đặt
chiếc đinh nơi cổ chai gần chiếc
chìa khóa đồng, tức thì các tia lửa
bật ra và chai Leyde đã đầy điện.
Thật là may mắn cho Franklin đã không bị
thiệt mạng trong thí nghiệm táo bạo này vì
sau đó 10 năm, nhà vật lý người Nga tên
là Richmann thuộc trường Đại Học
St. Petersburg khi thực hiện lại thí nghiệm
này đã bị sét đánh chết.
Từ cuộc thí nghiệm về sấm chớp,
Benjamin Franklin kết luận rằng điện có
mặt tại khắp nơi. Khi một vật có
quá nhiều điện lượng, vật này
dễ làm mất số điện lượng
đó và Franklin gọi vật đó chứa điện
dương. Trái lại khi một vật không có
đủ số điện lượng thông thường,
vật này dễ nhận thêm điện lượng
mới, vật đó chứa điện âm.
Franklin cho phổ biến công cuộc khảo
cứu của ông trên một tờ báo khoa
học tại nước Anh vì thời bấy
giờ châu Mỹ còn là một thuộc địa
của nước Anh.
Ngoài lý thuyết về điện, Benjamin Franklin
còn phát minh ra cột thu lôi. Để trắc
nghiệm, ông đã can đảm dựng ngay
một cột thu lôi trên nóc nhà của mình. Sau
nhiều ngày giông bão, căn nhà của ông
vẫn không sao nên dân chúng trong vùng Philadelphia cũng
bắt chước ông thực hiện dụng
cụ này. Franklin đã tả rõ lợi ích
của cột thu lôi trong cuốn lịch The Poor
Richard Almanach.
Công cuộc khảo cứu của Benjamin Franklin
đã là một bước tiến của
lịch sử điện học nhưng còn
một khám phá rất lớn lao: sự nhận xét
về điện của Galvani. Luigi Galvani là Giáo
Sư danh tiếng về Cơ Thể Học
tại trường Đại Học tỉnh
Bologne, nước Ý. Ông Galvani có một phòng thí
nghiệm khá đủ tiện nghi để
vừa dạy học, vừa tìm tòi nghiên
cứu. Một hôm Galvani giảng một bài trong
đó dùng tới một con nhái đã lột da.
Do tình cờ con vật được đặt
trên chiếc bàn mặt kim loại. Khi giảng
tới sự phức tạp của các đường
gân và các bắp thịt, Galvani lấy xiên đâm
vào đùi con nhái. Bỗng nhiên chân nhái co
giật lại. Galvani hết sức ngạc nhiên.
Thử lại mấy lần, ông đều
thấy như vậy. Sau vài ngày tìm hiểu,
Galvani thấy rằng chân nhái co giật khi đầu
xiên đâm vào và chạm tới mặt bàn kim
loại.
Một ngày khác, Galvani dùng một móc đồng
phơi khô một đôi chân nhái phía trên thanh
sắt bao lơn. Galvani nhận thấy gió
thổi, đưa đi đưa lại đôi
chân con vật và cứ mỗi khi đôi chân này
chạm vào thành bao lơn thì lại co giật. Ông
ngẫm nghĩ về hiện tượng kỳ
lạ này và cố gắng tìm lời giải
đáp. Bỗng dưng, một ý tưởng
hiện ra trong óc ông: điện! Galvani kết
luận rằng có điện tại mọi
vật, ngày cả trong đôi chân nhái. Thứ
điện này được ông gọi là “điện
của sinh vật”. Galvani liền viết một
bài báo nói về sự tìm kiếm của mình.
Cả châu Âu phải sửng sốt về điều
tìm thấy mới lạ này và điện
của sinh vật trở nên đầu đề
cho các câu chuyện khoa học thời bấy
giờ.
Ngày nay chúng ta biết rằng Galvani đã
nhầm lẫn ở chỗ gọi điện
của sinh vật và ông ta không tìm ra điện
ở đâu mà có. Tuy nhiên điều nhận xét
của Galvani đã mở đường cho công
việc chế tạo điện bằng kim
loại và hóa chất sau này.
3/ Alessandro Volta.
Từ khi Galvani phổ biến các nhận xét
về điện thì tại các phòng thí
nghiệm của châu Âu, các nhà khoa học đã
làm nhiều thí nghiệm về đôi chân nhái. Có
người lại dùng dây dẫn điện
nối chai Leyde với đôi chân nhái và đã
thấy đôi chân con vật bị co giật
mạnh gấp bội. Do thí nghiệm này,
nhiều nhà khoa học bắt đầu nghi
ngờ lý thuyết điện của sinh vật.
Trong số những người bác bỏ lý
thuyết kể trên, có Alessandro Volta.
Volta là Giáo Sư Vật Lý tại trường
Đại Học Pavie nước Ý. Ông đã
khảo cứu nhiều về điện học
và đã tìm cách tăng năng lực của chai
tụ điện. Đối với thí nghiệm
về đôi chân nhái, Volta không để tâm
đến sự việc chân nhái co giật mà tìm
hiểu điện ở đâu đã gây nên
sự co giật đó. Volta thấy rằng
chỉ có sự co giật khi chân nhái được
đặt lên mặt bàn bằng kim loại và
được đâm bằng một thứ xiên
kim loại. Còn trong trường hợp chân nhái
treo trên thanh sắt bao lơn bằng một móc
đồng, chân nhái chỉ co giật khi chạm
vào thanh sắt. Như vậy cần phải có
hai thứ kim loại khác nhau để có sự
co giật đó. Sau khi gắng sức tìm
kiếm, Volta đã thấy rằng điện
sinh ra do phản ứng hóa học và phản
ứng này chỉ có khi hai thứ kim loại khác
nhau được tiếp xúc với nhau trong
một dung dịch muối. Trong trường
hợp đôi chân nhái, dung dịch muối đó
có bên trong lớp thịt nhái.
Volta liền làm các miếng tròn bằng đồng
và kẽm rồi xếp một miếng đồng
cách một miếng kẽm bằng một
miếng giấy xốp tẩm dung dịch
muối ăn. Sau đó ông nối hai miếng trên
cùng và dưới cùng của chồng các
miếng tròn bằng một sợi dây dẫn
điện, Volta đã thấy giòng điện
chạy qua. Như vậy bình phát điện
đầu tiên đã ra đời dưới tên
gọi là “pin Volta”. Sở dĩ có danh từ
“pile” vì đây là một chồng các miếng
tròn bằng đồng và kẽm.
Phát minh của Volta đã cho Nhân Loại một
giòng điện đều, sẵn sàng dùng trong
bất cứ cuộc thí nghiệm nào. Phát minh
quan trọng này đã làm Alessandro Volta nổi danh
lừng lẫy. Năm 1800, Volta tới thành
phố Paris và thực hiện lại các thí
nghiệm của ông trước sự tán thưởng
của tất cả các giới Khoa Học Pháp.
Trong dịp này, Volta được Hàn Lâm
Viện Pháp Quốc trao tặng một huy chương
vàng.
4/ Humphrey Davy.
Phát minh ra “pin” của Alessandro Volta được
phổ biến tới Sir Joseph Banks lúc này là
Chủ Tịch của Hội Khoa Học Hoàng Gia.
Một tháng sau, chiếc pin Volta lớn đầu
tiên được chế tạo tại nước
Anh do William Nicholson và Anthony Carlisle. Hai nhà thực
nghiệm này khi đó muốn cho các miếng tròn
kim loại của pin thực sự tiếp xúc
với vật phân cách nên đã giỏ nước
vào miếng tròn trên cùng và họ đã ngạc
nhiên khi thấy các bọt khí bay ra từ nước.
Nicholson và Carlisle liền nghiên cứu một cách
rộng rãi hơn, đã dùng các sợi dây
bằng vàng dẫn từ hai cực của pin và
nhúng vào trong nước,tìm thấy Hydrogen và
Oxygen bay ra. Sự phân tích nước bằng giòng
điện này được thực hiện vào
ngày 2 tháng 5 năm 1800 tại London. Nicholson và
Carlisle lại nhận thấy rằng khi dùng các dây
đồng nối với hai cực của pin,
chỉ có Hydrogen bay ra trong khi hứng được
Oxygen nếu dùng dây vàng hay dây bạch kim. Rồi
do sự biến màu của dây đồng, hai nhà
khoa học đã suy ra sự oxid-hóa.
Sau khi đã có pin phát điện, các nhà khoa
học tìm cách tăng sức mạnh của pin do
ghép hai hay vài pin với nhau. Các bình điện
lớn được chế tạo tại
khắp nơi và là thứ mong ước của
nhiều nhà khoa học. Năm 1800, Hoàng Đế
Napoléon I đã hạ lệnh chế tạo cho Trường
Bách Khoa một bình phát điện cực lớn
gồm 600 pin nhỏ nhưng bình điện
lớn nhất được thiết lập
trong thời kỳ này là của Viện Khoa
Học Hoàng Gia nước Anh. Người trông
nom Viện này là Bá Tước Benjamin Rumford. Tuy bình
điện lớn kể trên mang lại danh
tiếng cho Viện nhưng cũng làm ngân quỹ
của Viện gần cạn. Thời đó, các
phát minh về điện đã làm tất cả
dân chúng phải chú ý nên Bá Tước Rumford nghĩ
tới việc tổ chức các buổi diễn
thuyết và trình diễn các thí nghiệm về
điện học đế lấy tiền cho ngân
quỹ của Viện Hoàng Gia.
Chương trình các buổi thuyết trình
liền được quảng cáo trên báo chí.
Trong các buổi diễn thuyết đầu, có
một số khán giả đến dự nhưng
con số này không bao gìơ tăng thêm, điều
này làm cho Rumford nghĩ rằng Viện Khoa Học
thiếu người có tài về diễn
thuyết. Nghe lời một người bạn, Bá
Tước Rumford đã thuê một người làm
công việc này: Humphrey Davy.
Tuy mới 23 tuổi, Davy đã tỏ ra có
nhiều kiến thức về điện học
và hóa học. Ngoài ra ông còn có tài ăn nói
hấp dẫn khán giả vào bài thuyết trình, vào
các thí nghiệm kiểm chứng, khiến cho người
nghe vừa thâu lượm được
những điều hiểu biết ích lợi,
vừa tưởng như được xem các màn
ảo thuật đầy bí ẩn. Nhờ Davy,
số khán giả ngày một tăng, bài vở bán
được ngày một nhiều và Viện Hoàng
Gia không còn sợ thiếu hụt ngân quỹ
nữa, đó là vào năm 1801.
Danh tiếng của Davy được nhiều người
biết tới nhưng ông không phải chỉ là
một diễn giả có tài, ông còn là một nhà
khoa học thiên phú. Thật là may mắn cho Davy
được làm việc tại một nơi có
đầy đủ dụng cụ khoa học,
sẵn sàng cho phép các nhà phát minh phát triển
khả năng của mình. Đặc biệt
nhất, bình điện với điện
thế mạnh nhất thời kỳ đó, đã
khiến ông làm nhiều thí nghiệm hữu ích
nhất là về phương pháp điện
giải, mở đầu các cuộc tiến
bộ về Hóa Học. Nhờ phương pháp này,
các nhà khoa học đã lấy được
nhiều kim loại tinh khiết như trường
hợp của đồng, sắt và nhôm, đây
là thứ kim loại mà vào thời đó người
ta quý ngang vàng.
Ngoài việc tìm thấy phương pháp điện
giải, Davy còn chế ra đèn hồ quang và khám
phá nhiều đơn chất mà đáng kể
nhất là hai chất Potassium và Sodium. Vào năm
1820, Humphrey Davy được phong chức Hiệp
Sĩ và được bầu làm Chủ Tịch
của Viện Khoa Học Hoàng Gia, một danh
vọng tột đỉnh của các nhà khoa
học Anh Cát Lợi.
5/ Oersted, Ampère và Faraday.
Vào cuối năm 1819 do một sự tình cờ,
Hans Christian Oersted, Giáo Sư Vật Lý tại trường
Đại Học Copenhague, đã nhận thấy
từ trường của một giòng điện.
Francois Jean Arago, nhân viên của Hàn Lâm Viện Pháp
Quốc, được biết tới khám phá
của Oersted trong khi đang du lịch tại
ngoại quốc. Khi trở về Paris, Arago
liền mô tả lại thí nghiệm này cho các
bạn đồng viện vào ngày 11/9/1820. Bài toán
về sự liên lạc giữa điện
lực và từ lực được nhiều nhà
khoa học chú ý và chỉ trong vài tháng, nhiều
khám phá khác đã nối nhau xuất hiện.
Arago tìm ra cảm ứng điện từ và
chứng minh rằng một cuộn dây điện
có giòng điện chạy qua có tính chất như
một thanh nam châm.
Thí nghiệm của Oersted còn được André
Marie Ampère (1775/1836) làm lại nhiều lần và
Ampère thấy rằng hai sợi dây điện
song song có giòng điện chạy qua sẽ hút
nhau nếu giòng điện cùng chiều và sẽ
đẩy nhau nếu giòng điện khác
chiều. Khám phá này của Ampère là một
phần quan trọng trong công cuộc tìm hiểu môn
điện từ học.
Ngày 18/9/1820 trong một buổi họp tại Hàn
Lâm Viện Pháp, Ampère mô tả thí nghiệm đầu
tiên của ông về tác dụng hỗ tương
của giòng điện. Ampère đã phân biệt
giòng điện và điện thế và ông đã
chứng minh rằng vài hiện tượng
về giòng điện thì hoàn toàn khác hẳn
với hiệu ứng (effet) của các vật
chứa điện lượng. Nhiều ý tưởng
mới lạ của Ampère đã được các
nhà bác học khác công nhận, chẳng hạn như
các nhà toán học lừng danh Fourier và Laplace.
Những khám phá quan trọng của Ampère
khiến cho 50 năm về sau, James Clerk Maxwell đã
gọi André Marie Ampère là “Newton của Điện
Học”.
Khám phá về từ trường của Oersted
đã cung cấp cho các nhà khoa học một phương
tiện dùng vào việc tìm kiếm giòng điện
do cảm ứng từ. Dụng cụ dùng tính
chất này được gọi là điện
kế. Thứ điện kế đơn
giản nhất gồm một vòng dây điện
có ở tâm một kim nam châm. Khi có giòng điện
chạy qua, điện trường đã làm quay
kim nam châm một góc 90 độ so với hướng
cũ của nó, trong khi từ trường
của trái đất lại giữ cho kim ở
vị trí cũ và như vậy, kim nam châm ở
vị thế cân bằng tùy theo sức của các
trường đối kháng nhau. Muốn làm cho
điện kế nhậy cảm hơn, nhà khoa
học có thể tăng thêm tác dụng của giòng
điện, hoặc làm giảm ảnh hưởng
do trái đất. Phương pháp thứ nhất
đã được nhà vật lý người
Đức Schweigger áp dụng vào năm 1821
bằng cách tăng thêm số vòng dây điện
quấn chung quanh một khung gỗ hình vuông trong
khi kim nam châm được đặt ở
giữa. Nhà vật lý người Ý Nobili dùng phương
pháp thứ hai bằng cách lấy hai kim nam châm dài
gần bằng nhau, đặt ngược đầu
và nối với nhau bằng một sợi dây
đồng.
Vào năm 1820 khi Oersted công bố điều
nhận xét của ông về từ trường
thì cả thế giới khoa học đều xôn
xao và chú ý. Tại nước Anh, Michael Faraday,
phụ tá phòng thí nghiệm cho Humphrey Davy, nghe
được câu chuyện giữa Davy và Wollaston
về khám phá của Oersted, và Wollaston cho rằng
có thể làm cho một dây điện có giòng
điện chạy qua quay quanh trục của nó.
Thí nghiệm của Wollaston gặp thất bại
nhưng ý tưởng này đã khiến cho Faraday
thành công trong việc tìm thấy hiện tượng
từ cảm vào năm 1831 để rồi sau
đó, Faraday chế tạo ra được
chiếc đynamô đầu tiên. Ngoài ra Faraday còn
đọc hai định luật lừng danh
về điện giải.
6/ Ruhmkorff, Thomson và Maxwell.
Sau Faraday nhiều nhà khoa học khác cũng tìm cách
chế tạo các dụng cụ cho sức điện
động cao. Dụng cụ hữu ích đầu
tiên là của Ruhmkorff (1803/1877) chế tạo vào năm
1851, đây là cuộn dây tự cảm bên trong các
cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Phát
minh này của Ruhmkorff được dùng vào
việc sản xuất tia X, vô tuyến điện
tín và các công cuộc khảo cứu khoa học
khác. Máy từ điện (magneto) cũng là
một hình thức của cuộn dây tự
cảm.
Cũng sau khám phá của Oersted, Thomas Johan Seebeck
(1770/1831) tại Berlin, đã tìm thấy rằng
khi nối hai kim loại khác nhau, như đồng
và bismuth, ở hai nhiệt độ khác nhau
bằng một dây dẫn điện, sẽ có
một giòng điện chạy qua. Giòng điện
này được gọi là giòng nhiệt điện
(thermo-electric current).
Các pin Volta đã cho các giòng điện đều,
làm dễ dàng những thí nghiệm. Nhà vật lý
người Đức Georg Simon Ohm thấy
rằng khi cho giòng điện chạy qua các dây
kim loại có thiết diện nhỏ thì các dây này
nóng lên và phát sinh ra nhiệt. Ohm đã tìm
được sự liên lạc giữa nhiệt
phát ra với cường độ giòng điện
và hiệu số điện thế. Vào năm
1827, đình luật Ohm được phát
biểu, bổ túc cho kiến thức của Nhân
Loại về điện học.
Sự quan trọng của định luật Ohm
được công nhận khiến cho nhiều nhà
khoa học chú ý đến việc đo điện
trở, sức điện động. . . và tìm cách
chế tạo ra các dụng cụ đo lường.
Một số các dụng cụ quan trọng đã
được phát minh do Sir Charles Wheatstone, Giáo Sư
Vật Lý tại trường Đại Học
King’s College. Wheatstone đã làm ra máy biến
trở (rheostat) và tìm thấy cách ghép dây dẫn
điện để suy ra điện trở
của một dây chưa biết. Phương pháp
này được gọi là Cầu Wheatstone.
Sự tiến triển về điện học
khiến các nhà khoa học tìm cách cải
thiện các máy móc đo lường về điện.
Trước kia, điện kế thường dùng
cuộn dây vuông hay chữ nhật khiến cho kim
nam châm không quay trong một từ trường
đều. Để cải thiện điều
này, Hermann von Helmholtz đã nghĩ ra một
loại điện kế khác vào năm 1849. Ông dùng
tới hai cuộn dây bằng nhau và một kim
chỉ thị gắn vào kim nam châm, điều này
còn gặp trở ngại vì trọng lượng
của kim tăng lên. Cũng vào năm này, Wilhelm
Weber đã dùng tới một gương nhỏ
gắn vào kim nam châm, phương pháp này
được nhiều người xác nhận là
thích hợp. Weber còn phát minh ra điện lực
kế (electrodynamometer), một dụng cụ dùng
để đo sức hút và đẩy của giòng
điện. Đây là một dụng cụ tinh xảo đầu tiên được phát minh. Ngoài
ra Weber và Gauss còn chế tạo ra từ kế
(magnetometer) và đào sâu việc khảo cứu
từ trường của trái đất.
Về dụng cụ đo lường điện
lực, William Thomson hay Lord Kelvin cũng góp phần
đáng kể chẳng hạn như điện
kế gương quay (mirror galvanometer) và điện
kế khung quay (moving coil galvanometer). Thomson còn
khảo cứu vô tuyến điện báo và các công
cuộc đo lường do ông thực hiện
đều có tính cách tuyệt đối, do đó
đã khiến các nhà khoa học thời bấy
giờ có các ý niệm mới về những
đơn vị đo lường căn bản.
Vào giữa thế kỷ 19, đơn vị điện
chưa được thống nhất, chẳng
hạn như về điện trở (resistance).
Tại nước Anh điện trở mẫu là
một điện trở của một dậm dây
đồng số 16 trong khi đó một dậm dây
sắt số 8 lại được chọn làm
căn bản tại nước Đức. Thêm vào
đó sự tiến triển về vô tuyến
điện báo vào giữa thế kỷ 19 đã
làm cho các nhà khoa học nghĩ rằng việc
đặt ra các đơn vị điện
lực rất cần thiết. Hiệp Hội Anh
Quốc (The British Association Committee) năm 1862 đã
chấp nhận đơn vị điện
trở thông dụng lớn gấp 10 lũy
thừa 9 đơn vị căn bản và gọi
đó là Ohmad rồi về sau được
gọi là Ohm để ghi nhớ công lao của nhà
đại khoa học Georg Simon Ohm. Sau đó, hai
hội nghị quốc tế về đơn
vị điện lực được tổ
chức tại Paris vào năm 1881 và Chicago vào năm
1895, đã đặt ra những đơn vị
căn bản, chẳng hạn như Ampère và Volt.
Kiến thức về điện học càng ngày
càng trở nên rộng rãi và phức tạp.
Nhiều định nghĩa khoa học được
thêm vào để trở thành những ý niệm
căn bản mới. Poisson dẫn tới quan
niệm về mô-măng từ (magnetic moment) và cường
độ hóa từ (intensity of magnetization). Công trình
khảo cứu của Poisson được George
Green, nhà toán học thuộc trường Đại
Học Cambridge, khai triển để thêm vào danh
từ hiệu thế (potential). Nhờ George Green,
quan niệm toán học về hiệu thế đã
trở nên một dụng cụ hữu dụng
cho việc thiết lập các định luật
điện học và từ học.
Ngoài Green, việc khảo cứu lý thuyết
điện học còn được Lord Kelvin,
Weber và R. Kohlrausch theo đuổi nhưng đáng
kể hơn cả là James Clerk Maxwell. Maxwell đã
đọc các ý tưởng của Faraday viết
trong tác phẩm “Các Khảo Cứu Thực
Nghiệm” (Experimental Researches) diễn tả
một vài ý tưởng bằng ngôn ngữ toán
học. Tác phẩm “Khảo Sát về Điện
Học và Từ Học” (Treatise on Electricity and
Magnetism) của Maxwell xuất bản vào năm 1873
đã là một cái mốc của lịch sử
khoa học bởi vì trước Maxwell, giao động
điện không được coi là một
chuyển động làn sóng với một
vận tốc xác định. Mãi tới năm
1888, Heinrich Hertz mới chứng minh được
sự khả hữu của làn sóng điện
từ trong không gian chung quanh một chai Leyde phóng
điện. Kết quả này đã xác nhận
lời tiên đoán của Maxwell. Các máy giao động
điện (oscillator) và máy kiểm ba (detector) do
Hertz dùng trước kia, đã được Sir
Oliver Joseph Lodge cải tiến để rồi
Guglielmo Marconi và Sir John A. Fleming thành công về vô
tuyến điện tín sau này.
Trước kia Faraday đã đọc hai định
luật về điện giải và đã
gọi các điện cực là “anốt”
(anode) và “catốt” (cathode). Faraday còn dẫn
khởi ý niệm về “ i ông“ (ions). Các công
trình khảo cứu của Michael Faraday đã là
nguồn dùng cho rất nhiều công trình khoa
học khác tại nước Anh.
Vào năm 1836 khi khảo sát các chất điện
giải, Frederick Daniell, Giáo Sư Hóa Học
tại King’s College, đã nghĩ ra một
loại pin không phân cực và cho tới khi đynamô
trở nên phổ thông, pin Daniell là loại pin duy
nhất cho sức điện động không
đổi. Daniell còn quan niệm về sự khác
nhau giữa vận tốc của “ani ông” (anion)
và “cati ông” (cation), ý tưởng này được
Hittorf tại Munster và Kohlrausch tại Wurtzberg
tiếp tục khảo sát. Ngoài ra lý thuyết
về điện học liên quan tới “i ông”
(ions) còn được xây dựng nên do nhà hóa
học Van’t Hoff và nhà vật lý Svante Arrehenius.
Khi Geissler phát minh ra bơm không khí dùng thủy ngân
thì các nhà khoa học đã có được các
áp suất rất đáng kể. Plucker tìm
hiểu sự phóng điện trong ống Geissler
và Golstein tìm thấy rằng tia âm cực
được phát ra thẳng góc với mặt
của ca tốt. Nhiều hiện tượng khác
nhau về sự phóng điện trong khí hiếm
được thực hiện do Sir William Crookes
tại áp suất từ 0.68 mm tới 0.078 mm. Vào năm
1892 Sir J. J. Thomson thực hiện một loạt
khảo sát tia âm cực và vào năm sau, Jean Perrin
thấy rằng tia âm cực gồm các hạt
nhỏ có điện âm.
Sự khám phá ra tia X của Wilhelm Conrad Roentgen vào
mùa thu năm 1895 đã làm cho thế giới khoa
học giao động. Hai năm sau J. J. Thomson công
bố kết quả khảo sát tính chất
của tia âm cực, chứng minh sự khả
hữu của điện tử (electron) và tìm
thấy vận tốc của tia âm cực và
tỉ số điện tích và khối lượng.
Vào lúc này chất phóng xạ được tìm
ra và ngành Nguyên Tử Học được
nhiều nhà bác học chú ý khiến cho vào các năm
sau, lý thuyết nguyên tử áp dụng vào
việc cắt nghĩa điện học đã
thành công rực rỡ và như vậy, Khoa
Học đã đạt tới sự đơn
giản hơn, đồng thời kiến
thức thuộc nhiều ngành khác nhau được
phối hợp với nhau khiến cho sang thế
kỷ 20, các nhà khoa học lại bước sang
một lãnh vực mới: ngành Vật Lý Nguyên
Tử.
|