ELEC-A4920 (3 op) Sähkötekniikan historia ja innovaatiot 5. luento: Sähkön magneettivaikutus
luento päivämäärä aihe 1 8.1.2018 Johdanto. Sähkön ja magnetismin varhaishistoria 2 15.1.2018 Lasi- ja lakkasähkö 3 22.1.2018 Staattisen sähkön aikakausi 4 29.1.2018 Sähkökemian synty, sähköparisto 5 5.2.2018 Sähkön magneettivaikutus 6 12.2.2018 Sähköinen virtapiiri 7 19.2.2018 Magneetin sähkövaikutus 8 26.2.2018 Sähkömagneettiset kentät ja aallot 9 5.3.2018 Sovelluksia: tietoliikenne 10 12.3.2018 Sovelluksia: sähkövalo 11 19.3.2018 Sovelluksia: sähkövoima 12 26.3.2018 Sovelluksia: langaton tiedonsiirto
Historiatrivia: 29.1.2018 38 osallistujaa menestys montako oikein kymmenestä 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Keskiarvo: 3,42 oikein
29.1.2018 38 osallistujaa 8.1.: 5,5% 29.1.: 21,1%!!! Kysymyskohtainen menestys (prosentteja oikeita vastauksia) 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 71,1 63,2 57,9 47,4 42,1 26,3 21,1 10,5 7,9 2,6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Akun navat: anodi vai katodi? Positiiivinen elektrodi: purkautuessa katodi, varatessa anodi Anodi usein hiilipohjainen Katodi litiumoksidista + lisäaineista (IEEE Spectrum, Vol. 35, No. 11, s.24)
Mullistuksien aika 1776 Yhdysvallat itsenäistyy 1789 Ranskan vallankumous 1792 Kustaa III murhataan 1804 Napoleon keisariksi 1808 09 Suomen sota 1815 Waterloo, Wienin kongressi 1785 Coulombin laki 1791 Galvanin kokeet 1800 Voltan patsas 1802 Daltonin atomiteoria 1807 08 Davy (K, Na, Ca, Sr, Ba, Mg) 1820 Örsted, Ampère: sähkön magneettivaikutus 1821 Seebeck: lämpösähköinen ilmiö
1800 luvun alussa vielä... sähkö ja magnetismi eri asioita Coulombin mielipide S M havaintoja ilmeisesti ollut aikaisemmin salama magnetoinut rautaesineitä/kompasseja magneetilla vaikutus valokaareen Romagnosi 1802 (Voltan patsaan vaikutus magneettineulaan?)
Gian Domenico Romagnosi (1761 1835) koe Trentossa 1802 myös: Davy: magneetin vaikutus valokaareen http://www.youtube.com/watch?v=_noatk3_gis
Hans Christian Örsted (1777 1851)
lapsuus Langelandin saarella ei koulua veli Anders Sandöe Ö. aikanaan pääministeriksi! ylioppilaaksi 1794 opiskelut Kööpenhaminan yliopistossa väitöskirja Dissertatio de forma metaphysices elementaris naturae externae (1799) apteekkarina, matkoja Eurooppaan apulaisprofessori Kööpenhaminassa 1806, täysi professori 1817 tutki sähkömagnetismia, kemiaa (alumiini 1825)... Copley mitali 1820 perusti 1829 polyteknisen opiston Tanskan teknillinen korkeakoulu 1 Oe = 1000/(4 ) A/m patsas Rudköpingissä
Ørstedparken (Kööpenhamina)
Langeland
Copley mitali Sir Godfrey Copley (Royal Society of London) for "outstanding achievements in research in any branch of science, and alternates between the physical sciences and the biological sciences" 1731 Stephen Gray 1747 Gowin Knight 1753 Benjamin Franklin 1776 James Cook 1792 Benjamin Thompson 1794 Alessandro Volta 1805 Humphry Davy 1820 H.C. Örsted 1832 Michael Faraday 1841 Georg Ohm...
Saksalainen idealismi ja romantiikka Immanuel Kant (1724 1804) transendenttinen idealismi, velvollisuusetiikka fenomeenit & das Ding an sich tieto = havainto + mielen kategoriat analyyttinen/synteettinen tieto Johann Gottlieb Fichte (1762 1814) idealismi (luonnon kustannuksella) ei ole olioita itsessään Friedrich von Schelling (1775 1854) luonnonvoimat yhtä ja samaa luonto suuri organismi (ei valistuksen kellokoneisto)
Toiminta eettistä vain jos tapahtuu velvollisuudesta
Örsted(Schellingin metafysiikan vaikutus) luonnonvoimien ykseys sähkö, lämpö, valo, kemia magnetismi?
Valistuksesta romantiikkaan 1700 luvun rationalismi ja järkiusko newtonilainen mekaniikka 1800 luvulla romantiikka energia, tunne suuria voimia luonto, ihminen, Jumala, kokonaisymmärrys epäorgaaninen kemia > orgaaninen kemia magnetismi mystinen voima Mesmer!
Suuri yhtenäisteoria (GUT) jopa kaiken teoria?
Kokeet 1820 sähköinen konflikti! voiman suunta? sähkön kvantiteetti vaikuttaa
luennot sähköstä, galvanismista ja magnetismista
lämpö ja valo sähköisiä konflikteja lisäksi kiertoliikettä
Julkaisu (kirje) 21.7.1820 levisi nopeasti, suuri vaikutus 20 vuotta Voltan patsaasta! miksei aikaisemmin? Leidenin pullo vs. Voltan patsas voiman suunta Coulombin auktoriteetti sähkövirran käsite, suuruus...
vaikutus Ranskan tieteeseen Ranskan pääministeri 1848! Francois Arago näki kokeen elokuussa 1820 Arago raportoi ja demonstroi Ranskan Akatemiassa syyskuussa André Marie Ampère ryhtyi kokeilemaan: virtojen väliset voimat (syyskuu) Jean Baptiste Biot & Félix Savart (lokakuu): virtalangan voiman etäisyysriippuvuus Laplace: virta alkion voima 1/r 2
Sir Humphry Davy (Memoirs, 1836):
60? Kun ajatuksen salama leiskahti otsaltasi, tieteelle annettiin suurempi näkemisen kyky. Soit mittaamattoman aarteen maailman maille. Ja totuuden kauneuden kautta johdat meitä avoimin katsein Jumalan luo.
(Alec Wilson)
(Pedro Aragão)
André Marie Ampère (1775 1836)
Sähködynamiikan isä 1804 professori (Lyonin yliopisto) 1809 professori (École Polytechnique Paris) syyskuu 1820! 1820 1827 tutkimukset THÉORIE MATHÉMATIQUE DES PHÉNOMÈNES ÉLECTRO DYNAMIQUES UNIQUEMENT DÉDUITE DE L'EXPÉRIENCE = sähködynamiikan Principia magnetismi sähköä 1881: ampeeri (SI) tandem felix (?)
Annales de Chimie et de Physique, edited by MM. Gay-Lussac et Arago. Volume 15. Pp. 59-76, and 170-224. Paris: Chez Crochard, 1820.
1 m 1 A 1 A 200 nn/m
virtasilmukka kääntyy siten, että magneettinen momentti osoittaa kentän suuntaan
Ampèren havainnot Virtalangan magneettivaikutus vaihtaa suuntaansa, kun lanka käännetään. Virta edestakaisin > vaikutus häviää. Suora lanka ja kiemurteleva > sama vaikutus Magneettivaikutus on kohtisuorassa virran suuntaa vastaan Piirijärjestelyn vaikutus on riippumaton sen lineaarisista mitoista.
THÉORIE MATHÉMATIQUE DES PHÉNOMÈNES ÉLECTRO-DYNAMIQUES UNIQUEMENT DÉDUITE DE L'EXPÉRIENCE (1827) http://www.ampere.cnrs.fr/textes/theoriemathematique/pdf/theorie_mathematique.pdf
Sähkö vai magnetismi? Gilbert S M; S M Franklin Aepinus Ampère S! S M M S
Yksiköt ampeeri (A) Örsted(Oe) CGS järjestelmän yksikkö magneettikentän voimakkuudelle (ja gauss magneettivuon tiheydelle)
Johann S.C. Schweigger (1779 1857) multiplikaattori (syyskuu 1820)
Leopoldo Nobili (1784 1835) astaattinen galvanometri (toukokuu 1825)
astaattinen galvanometri
Johan Jacob Nervander palataan...
Sähkömagneetti Ampère (solenoidi = kuin magneetti) Arago (rautasydän magnetoituu) William Sturgeon (1825): 16 kierrosta eristämätöntä kuparilankaa eristetyn rautasydämen päällä pehmeä rauta parempi kuin kestomagneettiteräs
William Sturgeon (1783 1850)
Nostokyky kasvaa kestomagneettien tarve väheni Joseph Henry (1797 1878) johdelankojen eristäminen optimointia kyllästymisilmiö rele, lennätin... James Prescott Joule (1818 1889) 200 x oma paino!
Joseph Henry (1797 1878) 1819 opintoja Albany Academyssä, 1826 matematiikan professoriksi 1832 Princetonin yliopistoon 1846 Smithsonian Institutionin ensimmäiseksi johtajaksi keksi induktion (kuten Faraday) 1831, ei ehtinyt julkaista! Itseinduktio (kipinä kun galvaaninen piiri katkaistaan) induktanssi [henry]
"for the increase and diffusion of knowledge"
Moottoreita Faraday (1821): rotaattori, ensimmäinen sähkömoottori Henry(1831): sähkömagneettinen keinu Jacobi (1834): yhden hevosvoiman sähkömoottori (Nevalla 1838 toiminnassa) epätaloudellista (Voltan paristo)
Moottoreita