Ebook Lược sử Điện từ học

© hiepkhachquay Lược sử Điện từ học Kiên Giang, tháng 11/2008 Kính tặng quý thầy cô giáo trong cả nước nhân Ngày Nhà giáo Việt Nam 20/11/2008 1 Lược sử điện từ học | © hiepkhachquay 600 trước Công nguyên – 1599 Mối quan tâm và sự mê hoặc của loài người với từ học và điện học đã có cách nay ít nhất là 2600 năm, khoảng năm 600 tCN. Đó là lúc, xưa như chúng ta biết, những người Hi Lạp cổ đại lần đầu tiên đề cập đến những tính chất bí ẩn. Nhà triết học Thales xứ Miletus đã quan sát thấy hổ phách, khi cọ xát, hút được lông chim và những chất liệu nhẹ khác. Ông cũng để ý thấy đá nam châm (magnetite) có thể hút được sắt. Nhưng một sự phân biệt rõ ràng giữa hai hiện tượng này vẫn không được nhận ra. Trong nhiều thế kỉ, những hiện tượng này đã khêu gợi những trí tuệ lớn, từ Pliny tới Plato tới St. Augustine. Nhưng sự hiểu biết sâu sắc thật sự vẫn tiếp tục lảng tránh họ. Các nhà tư tưởng thời Cổ đại và Trung đại thường bị vướng mắc bởi việc thiếu công cụ, bởi một phương pháp nêu nghi vấn không hoàn thiện, bởi đức tin tôn giáo hoặc các tổ chức ngăn cấm thẩm tra tự do, và các tư tưởng bảo thủ đã làm chệch hướng chúng khỏi tiến trình. Đá nam châm (khoảng 600 tCN) La bàn (khoảng thế kỉ 4, tCN) Phần nhiều trong thời kì này, thuyết duy linh đã tô điểm cho thế giới của con người. Thales, chẳng hạn, tin rằng đá nam châm có một linh hồn. Những quan niệm khác có lẽ thật khôi hài đối với chúng ta ngày nay đã được đề xuất trong thời gian này. Nhà triết học La Mã Lucretius, chẳng hạn, cho rằng các hạt do đá nam châm phát ra quét qua không khí giữa nó và sắt, do đó hút sắt thông qua một loại mút lấy. Muộn hơn nhiều sau này, một cách tiếp cận có phần chín chắn hơn thực hiện bởi người Pháp Pierre de Maricourt (Petrus Peregrinus), người sống thời thế kỉ 13, đã làm thí nghiệm với một đá nam châm hình cầu và những thứ khác, rồi công bố kết quả của ông trong cuốn “Epostolia de Magnete.” Ông là một trong những người đầu tiên đề xuất việc khai thác tính chất vẫn còn hiểu biết nghèo nàn của từ học để chế tạo một cỗ máy chuyển động vĩnh cửu. Tuy nhiên, có một công cụ từ tính đã đi vào sử dụng trong thời gian này và đã có tác động rộng rãi hơn lên lịch sử loài người so với cỗ máy tưởng tượng của Peregrinus: đó là la bàn. Người Trung Quốc được đông đảo công nhận là đã phát minh ra nó. Sự chứng thực được sử sách ghi lại đầu tiên về la bàn sử dụng trong hàng hải ở Trung Hoa vào năm 1086, và sau này nó được các thủy thủ châu Âu sử dụng. Tuy nhiên, la bàn đã được sử dụng hàng thế kỉ trước đó vì những mục đích khác. Gọi là “kim chỉ nam”, dụng cụ đơn giản được mô tả là một đá nam châm hình cái môi, như hình vẽ, cán của nó luôn luôn chỉ về phương nam. 2 | © hiepkhachquay Hiện thân sớm nhất này của la bàn mang tính chất thiêng liêng hơn là một công cụ hàng hải, sử dụng để chỉ dẫn hướng của cuộc sống của con người, không phải những bước chân của họ. Còn hơn những biểu đồ hàng hải và những công cụ khác, la bàn đã làm cho những chuyến hành trình biển lớn trở nên có thể trong thời gian này. Dụng cụ đã chỉ đường cho Columbus đến châu Mĩ, Vasco da Gamma đi vòng qua vùng sừng châu Phi và tiến vào Ấn Độ, và Ferdinand Magellan trong chuyến vòng quanh thế giới của ông. Nó cũng đưa đến những khám phá khoa học quan trọng, trong đó có các quan sát về cực từ của Trái đất và sự lệch của từ trường của nó. Tiến về năm 1600, một vài trí tuệ sáng suốt đã bắt đầu nhìn thấy từ và điện là hai lực khác nhau. Sự thông suốt này đánh dấu bước nhảy trí tuệ lớn đầu tiên trong sự hiểu biết của nhân loại về những lĩnh vực có tương quan với nhau này. Nhưng mất gần 250 năm nữa trước khi một sự hiểu biết đầy đủ hơn hiện ra từ mối tương quan này, hoặc những loại điện khác tồn tại ngoài tĩnh điện ra. 3 Lược sử điện từ học | © hiepkhachquay 600 tCN - 1599 khoảng 600 tCN Nhà triết học Hi Lạp Thales xứ Miletus lưu ý thấy hổ phách hút được lông chim và những vật nhẹ khác khi bị cọ xát, mốc tham khảo lịch sử đầu tiên về tĩnh điện. Ông cũng làm thí nghiệm với đá nam châm, hay magnetite, và thấy nó có thể hút được sắt. khoảng 100 tCN Đá nam châm được sử dụng trên bàn thờ của các đạo sĩ ở Trung Hoa. khoảng 50 tCN Trong bài thơ dài của ông De Rerum Natura (“Về bản chất của vạn vật”), nhà thơ và nhà triết học La Mã Lucretius đã liên hệ với lí thuyết vật lí của nhà triết học người Hi Lạp Epicurus, trong đó có nỗ lực của ông ở việc giải thích hoạt tính của đá nam châm. 1086 Nhà thiên văn và nhà toán học người Trung Hoa Shen Kua tường thuật việc sử dụng la bàn từ trong hàng hải trong cuốn Meng ch'i pi t'an. 1180 Alexander Neckam, một thầy tu n Anh, cung cấp bản miêu tả châu Âu sớm nhất của việc sử dụng la bàn từ bởi những người thủy thủ trong tác phẩm của ông De utensilibus (“Về các thiết bị”). 1269 Binh sĩ người Pháp Pierre de Maricourt, còn được biết tới là Petrus Peregrinus, đã tiến hành những thí nghiệm đơn giản với nam châm và viết nên tác phẩm Epistola de magnete (“Bức thư về nam châm”), trong đó ông nói về la bàn, các cực từ và khả năng cua nam châm mạnh làm đảo cực của nam châm yếu hơn. 1492 Trong hành trình về phía tấy của ông xuất phát từ Tây Ban Nha, Christopher Columbus tường trình đã quan sát thấy sự nghiêng của kim từ tính của la bàn của ông thay đổi ở giữa đường xuyên đại dương từ đông sang tây. 1551 Nhà toán học người Italy Girolamo Cardano nhận ra lực từ và lực hút của các vật nhỏ với hỗ phách bị kích thích là khác nhau. 1581 Robert Norman, một nhà chế tạo la bàn người Anh, mô tả sự nghiêng hay lệch của một kim từ tính trong cuốn Lực hút mới, đã đo góc nghiêng đó với một dụng cụ do ông tự phát minh ra gọi là vòng tròn nghiêng. 1588 Nhà địa lí người Italy Livio Sanuto lần đầu tiên chú ý tới quan điểm rằng Trái đất có hai cực từ. 4 | © hiepkhachquay 1600 – 1699 Năm 1600, cuộc cách mạng khoa học đang diễn tiến ở châu Âu, một thời kì được đánh dấu bởi những tiến bộ mang tính lịch sử trong khoa học như các phát kiến của Keppler, Galileo, Francis Bacon và nhiều người khác. Nhà khoa học đầu tiên để lại dấu ấn của ông trong thế kỉ này là nhà vật lí người Anh với cái tên William Gilbert. Trong năm đầu tiên của thế kỉ này, giữa sự đơm hoa kết trái trí tuệ của thời kì Elizabeth, Gilbert đã cho xuất bản sáu tập sách tên là De Magnete (“Về nam châm”). Nhiều người xem đây là tác phẩm khoa học thật sự đầu tiên. Rời bỏ truyền thống hiện có, Gilbert xây dựng kết quả của ông trên những thí nghiệm thực sự - lặp lại để đảm bảo kết quả phù hợp, sử dụng thiết bị khoa học và mang lại những quan sát trực tiếp thay cho các giả thuyết kế thừa. Một dụng cụ do Gilbert phát minh ra dùng trong những nghiên cứu này là cái versorium: một mũi tên kim loại phát hiện ra lực điện trong chất liệu và cấu thành nên cái điện nghiệm đầu tiên. Một thiết bị khác ông đặt tên là “terrella” – nghĩa là tiểu Trái đất. Quả cầu đá nam châm bị từ hóa này ghép cặp với một la bàn trong vô số thí nghiệm. Gilbert đã thực hiện nhiều khám phá mang tính đột phá với cơ cấu này, trong đó có việc bản thân Trái đất là một nam châm to lớn. Ông cũng cho rằng Trái đất có một “quả cầu tác dụng” từ tính – mầm mống của một sự thật không được hiểu biết thấu đáo bởi các nhà khoa học trong hơn 200 năm trời. Sau khi kiểm tra có phương pháp nhiều chất liệu đa dạng, Gilbert đã phát hiện thấy hổ phách không phải là chất liệu duy nhất, khi cọ xát, hút được những vật nhẹ nhất định. Ông đã phân loại các chất liệu này là “có tính điện”, và các chất đó không có tính chất gọi là “phi điện”. Như vậy, Gilbert là người đã đặt ra thuật ngữ “điện” (dựa trên từ vựng Hi Lạp chỉ hổ phách). Nhiều quan điểm của Gilbert không đúng: Ví dụ, ông suy luận sai lầm rằng lực từ là nguyên nhân cho quỹ đạo của Mặt trăng quay xung quanh Trái đất, và rõ ràng đã thất bại trước việc nhận ra tĩnh điện không chỉ hút, mà còn đẩy. Tuy vậy, những thành tựu trí tuệ của ông, và cách thức chúng được tạo ra, là một bước nhảy lớn về phía trước. Khi chủ nghĩa phục hưng, bắt đầu ở Italy thế kỉ 15, lan rộng ra phần còn lại của Âu châu, các nhà khoa học đã khảo sát những địa hạt mới, nắm lấy một cách tiếp cận theo chủ 5 Lược sử điện từ học | © hiepkhachquay nghĩa duy lí Descartes để nghiên cứu. Năm 1629, nhà triết học Italy Niccolò Cabeo đã lấp đầy một trong những chỗ còn bỏ trống của Gilbert, lần đầu tiên lưu ý thấy sự tiếp xúc giữa hai chất hút nhau có thể làm cho chúng sau đó đẩy lẫn nhau. Ba thập kỉ sau, nhà vật lí người Đức Otto von Guericke đã đá tiếp quả bóng nghiên cứu của Gilbert (nếu nói được như vậy) bởi việc chế tạo một “terrella” của riêng ông – không phải bằng đá nam châm mà bằng sulphur. Nó là bộ phận của một dụng cụ mà ông sử dụng để tạo ra tĩnh điện. Ông sử dụng quả cầu sulphur, cỗ máy đầu tiên thuộc loại của nó, để phô bày tác dụng đẩy của tĩnh điện, ban đầu hút một cái lông chim sang terrella đã cọ xát, sau đó đi tới xua đuổi nó vòng quanh căn phòng với quả cầu đó. Von Guericke sau đó trở thành người đầu tiên chứng kiến hiệu ứng điện phát quang khi quả cầu sulphur của ông bắt đầu lóe sáng trong khi hoạt động. 6 | © hiepkhachquay 1600 - 1699 1600 Sau gần hai thập kỉ thực nghiệm, bác sĩ người Anh William Gilbert đã hoàn thành tác phẩm của ông về từ học, De Magnete, Magneticisique Corporibus, et de Magno Magnete Tellure (“Bàn về nam châm, các vật từ tính, và Thanh nam châm vĩ đại của Trái đất”). Công trình lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ điện (electric), từ do Gilbert đặt ra cho hổ phách xuất phát từ tiếng Hi Lạp (electron), lần đầu tiên phân loại chính các chất điện và phi điện, và một trong những mô tả sớm nhất rằng Trái đất là một thực thể từ tính. 1629 Nhà triết học dòng Tên người Italy Niccolò Cabeo công bố những quan sát của ông về lực hút và lực đẩy điện trong cuốn Philososphia Magnetica, lưu ý thấy sự tiếp xúc giữa hai chất liệu hút nhau có thể làm cho chúng sau đó đẩy lẫn nhau. 1635 Giáo sĩ người Anh Henry Gellibrand xác định chắc chắn rằng độ lệch từ biến đổi theo thời gian bằng cách so sánh các phép đo mới với các phép đo ông thu được trước đó 12 nam, và công bố kết quả của ông. 1644 Triết gia người Pháp René Descartes đưa ra một trong những lời giải thích cơ giới đầu tiên, thay vì duy linh, về từ học, nó liên quan tới một tương tác phức tạp giữa xú khí, chỉ sợi và ống dẫn. 1646 Trong cuốn Pseudodoxia Epidemica, bác sĩ người Anh Thomas Browne lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ điện (electricity) mà ông định nghĩa là “một sức mạnh hút được các cọng rơm hay những vật nhẹ, và làm biến đổi kim la bàn đặt tự do”. 1660 Nhà vật lí Đức Otto von Guericke phát minh ra một cỗ máy có khả năng phát ra tĩnh điện bằng cách áp dụng ma sát trên một quả cầu sulphur ở trong một quả cầu thủy tinh quay trên một cán sắt với một tay quay. 1672 Lưu ý thấy bộ phận quả cầu sulphur của máy phát điện của ông có thể làm cho lóe sáng bởi dòng điện mà nó tạo ra, Otto von Guericke trở thành người đầu tiên quan sát thấy điện phát quang. 1675 Robert Boyle, một nhà thực nghiệm người Anh đầy tham vọng, xuất bản cuốn Các thí nghiệm và lưu ý về nguồn gốc cơ giới hay sự sản sinh của dòng điện, trong đó ông mô tả sự truyền điện qua một chân không. 1692 Edmond Halley, nhà toán học và thiên văn học người Anh, đề xuất rằng Trái đất gồm những quả cầu nằm trong những quả cầu, mỗi quả cầu quay từ từ so với những quả cầu khác và bị từ hóa một cách độc lập. Halley sử dụng quan điểm của ông về hành tinh để giải thích tại sao độ lệch từ biến đổi dần theo thời gian. 1699 Edmond Halley tiến hành cuộc khảo sát sự lệch từ đầu tiên và công bố biểu đồ kết quả của ông hai năm sau đó. 7 Lược sử điện từ học | © hiepkhachquay 1700 - 1749 Ngài Isaac Newton của nước Anh, được xem là một trong những nhà khoa học và nhà toán học vĩ đại nhất trong lịch sử, đã xuất bản chuyên luận nổi tiếng của ông về ánh sáng và quang học ngay đầu thế kỉ này. Ngoài những vấn đề khác, nó còn giải quyết một cuộc tranh luận đã bắt đầu hàng năm trước đó xem ánh sáng là hạt hay là sóng. Đối lập với những lí thuyết trước đó, Newton xác định ánh sáng cấu thành từ các hạt, hay các “tiểu thể”. Các nhà khoa học tiếp tục bàn tới bàn lui về vấn đề đó trong hàng thế kỉ, nhưng cuối cùng người ta công nhận ánh sáng là sóng điện từ và sau này được đồng ý, nhờ một nhà khoa học lỗi lạc khác, Albert Einstein, rằng ánh sáng vừa là sóng vừa là hạt. Một người đồng hương của Newton, Francis Hauksbee, được thuê bởi Hội Hoàng gia, một viện hàn lâm khoa học độc lập thành lập ở London năm 1662. Mặc dù tương đối ít học, nhưng Haukabee có một năng khiếu về khoa học, nhất là thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm. Ngay từ đầu thập niên 1700, ông đã tiến hành tìm hiểu ánh sáng khí áp, hay lóe sáng xuất hiện trong một khí áp kế khi người ta lắc nó, một hiện tượng được hiểu biết nghèo nàn vào thời ấy Hauksbee đi đến nhận ra lóe sáng đó là điện – kết quả của sự ma sát của thủy ngân chuyển động trong ống khí áp kế. Ông tiếp tục nghiên cứu xem những chất liệu khác có mang lại một hiệu ứng như vậy hay không, và vì công việc này, ông đã chế tạo một máy phát tĩnh điện cải tiến nhiều trên mẫu năm 1660 của Otto von Guericke. Với nó, ông đã tạo ra ánh sáng trong một ống thủy tinh đủ sáng, ông tường thuật, để đọc sách – một tiền thân thô sơ của bóng đèn điện. Ông còn sáng tạo ra sự hình dung trực giác đầu tiên về các đường lực điện, mặc dù Haukabee không nhận thức rõ ý nghĩa của cái ông nhìn thấy. Hauksbee còn hiểu sai một hiện tượng khác quan sát thấy trong các thí nghiệm của ông: đó là mang một quả cầu thủy tinh lại gần một quả cầu nhiễm điện khác, ông có thể làm nhiễm điện quả cầu thứ nhất (ngày nay gọi là nhiễm điện do hưởng ứng). Một người Anh khác, Stephen Gray, tiếp tục theo đuổi nghiên cứu của Hauksbee trong lĩnh vực đó với những đóng góp quan trọng của riêng ông, quan trọng nhất trong số đó là khám phá ra sự dẫn điện. Sử dụng nhiều chất liệu đa dạng trong nhiều năm, Gray đã truyền tải điện đi những khoảng cách ngày càng xa hơn. Cuối cùng, ông chuyển các thí nghiệm của ông ra ngoài trời và xây dựng những đường dây dài hàng trăm feet. Ông đi đến chỗ nhận ra 8 | © hiepkhachquay rằng một số chất thì dẫn điện tốt (cái ngày nay chúng ta gọi là chất dẫn điện), trong khi một số chất khác thì không (chất cách điện). Vài năm sau đó, bên kia eo biển Anh, nhà hóa học người Pháp Charles-François de Cisternay du Fay đã lặp lại và dẫn giải về những thí nghiệm của Gray, von Guericke và những người khác, đi đến một sự hiểu biết đầy đủ hơn về lực đẩy điện. Trong khi thực hiện như vậy, ông đã thu được một số nhận thức quan trọng, trong đó có việc rằng đa số các vật có thể làm cho nhiễm điện chỉ bằng cách cọ xát chúng, và các chất dẫn điện tốt hơn khi bị ẩm ướt. Nhưng khám phá quan trọng nhất của du Fay là sự tồn tại của hai loại điện. Ông đã suy luận ra kết luận này với thí nghiệm sau đây. Thứ nhất, nhà hóa học đã mang một lá vàng đến tiếp xúc với một quả cầu thủy tinh đã cọ xát, người ta trông đợi nó hút, rồi tức thì đẩy, lá vàng ra. Sau đó, ông đặt lá vàng gần một vật bị cọ xát khác – lần này là một miếng nhựa copal giống hổ phách, và ngạc nhiên thấy lá vàng hút nhựa copal. Ông thì trông đợi hai vật nhiễm điện đó đẩy lẫn nhau. Du Fay xác định phải có hai loại điện, và đặt tên một loại là điện thủy tinh và một loại là điện nhựa. Một số chất tạo ra loại điện thứ nhất, còn một số chất phát ra loại thứ hai. Mặc dù Du Fay đã tinh ranh quan sát những hành vi đối lập, nhưng ông đã sai, tất nhiên, trong giải thích của ông về chúng. Benjamin Franklin sẽ lập kỉ lục ngay sau đó vài năm. Hướng về giữa thế kỉ, một loại tụ điện đơn giản đã được nghĩ ra trở thành một công cụ thực nghiệm rất quan trọng – và mang tính giải trí. Được phát minh độc lập bởi thầy tu người Đức E. Georg von Kleist và nhà vật lí người Hà Lan Pieter van Musschenbroek ở trường Đại học Leiden, nó trở nên nổi tiếng với cái tên chai Leyden. Nó gồm một cái chai thủy tinh chứa đầy nước, tráng bên trong và bên ngoài lớp kim loại mỏng và đậy bằng một cái nút có sợi dây kim loại xuyên qua. Đầu kia của sợi dây này có thể nối với một máy phát tĩnh điện, sao cho điện do máy phát tạo ra sẽ chạy vào và dự trữ trong chai. Mặc dù nguy hiểm nếu sử dụng không cẩn thận (van Musschenbroek đã suýt mất mạng với nó), nhưng cái chai đã được sử dụng bởi nhiều nhà khoa học lỗi lạc trong nghiên cứu của họ về điện (trong đó có Benjamin Franklin) và làm phát sinh những biểu hiện kì lạ của dòng điện. 9 Lược sử điện từ học | © hiepkhachquay 1700 - 1749 1706 Nhà vật lí người Anh, ngài Isaac Newton xuất bản cuốn Opticks, tập hợp những bài viết của ông liên quan đến ánh sáng, màu sắc và quang học. Trong tác phẩm này, ông đưa ra lí thuyết tiểu thể về ánh sáng rằng ánh sáng cấu thành từ các hạt, không sóng, như những nhà khoa học khác đề xuất. 1706 Francis Hauksbee ở London phát minh ra máy phát tĩnh điện gồm một quả cầu thủy tinh điều chỉnh bằng một tay quay tạo ra điện tích qua sự ma sát, từ đó người ta sử dụng một dây kim loại để bắt lấy, một cải tiến quan trọng so với mẫu mang tính nguyên bản hơn do Otto von Guericke sáng tạo ra vài thập kỉ trước đó. 1708 Nhà khoa học người Anh William Wall chú ý thấy một sự giống nhau giữa tiếng sấm và tia chớp, và giữa những tiếng răng rắc và tia lửa điện sinh ra bởi các vật nhiễm điện và quan sát của ông được đăng trong cuốn Kỉ yếu triết học. 1709 Các thí nghiệm cơ-lí về những vật khác nhau. Giải thích một vài hiện tượng bất ngờ liên quan đến ánh sáng và điện được Francis Hauksbee cho xuất bản và trở thành một nghiên cứu sớm quan trọng trong lĩnh vực điện và điện phát quang. 1716 Nhà toán học và thiên văn học người Anh Edmond Halley suy xét chính xác rằng hiện tượng cực quang trong khí quyển liên quan đến các tác động của từ trường của Trái đất. 1722 Qua sự quan sát chặt chẽ kim la bàn, nhà chế tạo thiết bị người London George Graham phát hiện ra sự biến đổi hàng ngày của độ lệch do từ. 1729 Nhà hóa học Stephen Gray ở London chứng minh được sự dẫn điện và xác định rằng bề mặt của một vật giữ lấy điện tích của nó. 1733 Nhà hóa học Pháp Charles-François de Cisternay du Fay nhận xét rằng có hai loại điện khác nhau mà ông gọi là điện nhựa (-) và điện thủy tinh (+), lưu ý lực đẩy của các điện tích giống nhau và lực hút của các điện tích khác nhau, và xác định rằng dây dẫn điện tốt hơn khi ẩm ướt. 1742 Thomas Le Sueur và Francis Jacquier xuất bản cuốn Principia của Newton và có một lưu ý đến đoạn văn chứng minh một định luật nghịch đảo lũy thừa ba của lực giữa hai nam châm. 1745 Chai Leyden, dụng cụ thực hành đầu tiên dùng dự trữ điện tích, được phát minh độc lập bởi thầy tu người Đức E. Georg von Kleist nhà vật lí Hà Lan Pieter van Musschenbroek. 1745 Jean-Antoine Nollet, một tu sĩ và nhà vật lí người Pháp, đưa ra lí thuyết rằng vật chất điện liên tục chảy giữa hai vật tích điện. 1745 Nhà vật lí người Anh Gowin Knight phát triển một phương pháp sản suất nam châm nhân tạo giữ lại sự từ hóa của chúng trong những khoảng thời gian kéo dài. Các nam châm mới được sử dụng trong la bàn Knight, chúng trở nên rất phổ biến đối với các thủy thủ và nhà khoa học. 1746 Trong một buổi trình diễn điện cho nhà vua Louis XV, Jean-Antoine Nollet cho 10 | © hiepkhachquay phóng điện một chai Leyden đến mức dòng điện đi qua một đoàn 180 lính cận vệ hoàng gia. Sau đó, ông tiến hành một kì công tương tự qua một đoàn tăng lữ sắp dài hơn một km. 1746 Nhà khoa học người Anh William Watson phát triển khái niệm bảo toàn điện tích, trong đó tồn tại một chất lỏng điện không được sinh ra hay phá hủy, mà chỉ truyền từ vật này sang vật khác. Không bao lâu sau đó, Benjamin Franklin phát triển đầy đủ hơn lí thuyết bảo toàn đó. 1746 Johann Heinrich Winckler, một giáo sư tại Đại học Leipzig, cố gắng khai thác điện để truyền điện báo qua những khoảng cách dài. 1747 Nhà vật lí và hóa học người Anh Henry Cavendish bắt đầu đo độ dẫn của những chất khác nhau bằng cách so sánh cú sốc mà ông nhận được khi ông cho phóng điện chai Leyden qua chúng. 1748 William Watson, Henry Cavendish và những người đồng sự khác cố gắng đo vận tốc của dòng điện khi nó truyền qua một mạch điện dài hơn 12.000 feet và kết luận sai lầm rằng nó là tức thời. 1748 Jean-Antoine Nollet chế tạo một điện nghiệm sơ khai, một điện kế gồm một quả cầu lõi xốp lơ lửng chuyển động theo sức hút và đẩy tĩnh điện của một vật tích điện. 11 Lược sử điện từ học | © hiepkhachquay 1750 – 1774 Một trong những trí tuệ lỗi lạc làm việc trong thời gian này là Benjamin Franklin, người Mĩ đầu tiên có những đóng góp quan trọng cho khoa học. Đồng thời là một chính khách tài năng, nhà triết học và nhà văn, Franklin đã phát triển một sự mê hoặc sâu sắc với điện học trong thập niên 1740, sau khi ông có một ống thủy tinh và vải vóc để làm thí nghiệm với chúng. Với dụng cụ này và một máy phát tĩnh điện do ông chế tạo, người thợ không biết mệt mỏi đã lao vào một loạt thí nghiệm đưa ông đến chỗ tin rằng chỉ có một loại điện mà thôi, thay vì hai loại mà du Fay đã nêu ra vài năm trước đó. Franklin lí giải rằng tính chất đẩy và hút quan sát thấy ở các chất khác nhau dưới những trường hợp khác nhau là do hàm lượng tương đối của chất lỏng này bên trong chất, thay vì những loại chất lỏng khác nhau. Ông còn kết luận rằng chất lỏng này tìm thấy trong mọi vật, mặc dù nó có thể truyền từ vật này sang vật kia. Nghiên cứu của Franklin còn dẫn đến quan sát của ông rằng điện không thể được tạo ra, nó cũng không thể bị mất đi. Thay vì vậy, sự mất điện ở vật này mang lại sự thu thêm điện ở vật kia. Điều này trở nên nổi tiếng là nguyên lí bảo toàn điện tích. Các các nhận thêm điện tích, theo lí thuyết của Franklin, là dương, còn các chất cho đi điện tích là âm. Theo Franklin, chúng ta lần theo một trong những quy ước xưa cũ nhất – và kì lạ nhất – về điện: Nó chuyển từ dương (vật có nhiều điện tích hơn) sang âm (vật có ít điện tích hơn). Đóng góp nổi tiếng nhất của Franklin cho lĩnh vực này, tất nhiên, là thí nghiệm cái diều của ông. Mối ngờ vực của ông rằng sét và điện chỉ là một và điều tương tự được chứng minh khi tia sét đánh vào cái diều của ông trước một cơn giông bão, truyền xuống một sợi dây ẩm và gây ra một khóa công kích cho tia lửa điện. Sự hiểu biết thấu đáo này dẫn đến phát minh của ông ra cột thu lôi, phát minh thực tiễn đầu tiên xuất hiện trong lĩnh vực điện hãy còn non trẻ và là phát minh đã bảo vệ cho vô số mạng sống con người. Động cơ hơi nước (khoảng 1769) Nghiên cứu của Franklin đã mê hoặc các nhà khoa học và những người khác khắp nước Mĩ và châu Âu, trong đó có một mục sư người Anh tên là Joseph Priestley. Thật ra, Priestley đã gặp Franklin trong một trong những lần lưu trú tạm thời của vị khách người Mĩ ở London và đã được truyền cảm hứng thực hiện một số thí nghiệm của riêng ông. Điều đáng nói là với một người không được đào tạo khoa học chính thống, Priestley đã tiến hành được một quan sát thâm thúy. 12 | © hiepkhachquay Ông bắt đầu với một thí nghiệm trong đó một quả cầu, lơ lửng bên trong một cái chai nhiễm điện, dường như hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi lực. Hành trạng đó đưa Priestley đi đến tư tưởng của ngài Isaac Newton về Định luật Vạn vật hấp dẫn, phát biểu rằng lực hút hấp dẫn giữa Trái đất và các vật khác tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa tâm của Trái đất và tâm của vật. Điều này cũng có nghĩa là những vật nằm bên trong này không chịu lực hấp dẫn nào. Priestley đã nối kết các chấm đứt quãng đó, lí thuyết hóa một định luật nghịch đảo bình phương cho lực điện, một bước nhảy trí tuệ ấn tượng sớm được chứng minh là chính xác. 13 Lược sử điện từ học | © hiepkhachquay 1750 - 1774 1750 John Michell, nhà địa lí người Anh, xuất bản cuốn Chuyên luận về Nam châm nhân tạo, mô tả cách thức chế tạo các nam châm thép mạnh và đưa ra một lời giải thích của khám phá của ông về định luật nghịch đảo bình phương cho lực hút và lực đẩy của các nam châm. 1750 Perh Vilhelm Margentin viết thư cho Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển, trong đó ông nêu nhận xét về tác động của cực quang lên một kim nam châm bị từ hóa. 1751 Những bức thư của Benjamin Franklin gửi cho một đồng nghiệp được xuất bản thành cuốn Các thí nghiệm và quan sát về Điện. Tác phẩm có nêu quan điểm của Franklin về các điện tích dương và âm, sử dụng các vật dẫn nhọn, cải tiến chai Leyden và một kế hoạch cụ thể cho thí nghiệm cái diều nổi tiếng của ông. 1752 Mối quan hệ giữa sét và điện được chứng minh khi kế hoạch của Benjamin Franklin thu thập điện tích từ một đám mây bão vào một chai Leyden với một cái khóa gắn với một cái diều được thực hiện thành côn