Från statisk elekricitet till kosmisk strålning: En laddad historia Miklos Långvik, miklos.langvik@gmail.com NO-biennalen Umeå 5.4-6.4.2017
Innehåll Mål och motivering Observationer och förklaringsmodeller i antiken Nutida allmänbildande kunskap om principerna för elektromagnetism Renäsanssen, vetenskap och statisk elektricitet Från statisk elektricitet till ström Från ström och magnetism till elektromagnetism Ljus, elektromagnetism, eter och speciell relativitet. Sammanfattning
Mål och motivering Det finns en stark koppling mellan demokrati och vetenskap. Vetenskapliga idéer är inte oberoende av den allmänna inställningen i samhället. Teori och experiment går hand i hand. Elektromagnetism är nästan enbart rörelse av laddning.
Fri vetenskap är ett symptom av en fungerande demokrati!!
Fri vetenskap är ett symptom på en fungerande demokrati!! Antikens Grekland var svårframkolmligt med dåtida transportmedel Regioner av lokalt besultsfattande mera praktiskt. Lokalt besultsfattande behövde regler lagar. Naturlig tanke: naturen har också lagar. Föddes olika skolor för tanke om lag och samhälle, också natur: Platon, Aristotele, etc. Uppgiften blev att förklara vad verklighet är och hur den fungerar. Detta är fortfarande så idag!
Observationer i antiken (och senare) El-fisk Blixt permanenta magneter statisk elektricitet.
Observationer i antiken (och senare) Aurora borealis Syre producerar den gröna färgen.
Observationer i antiken (och senare) St Elmos eld (neonlampa fungerar likadant)
Förklaringsmodeller i antiken (och senare) Läs: practice = experiment Aristotele: Det finns inte bara ett ursprung för natur/verklighet. Rörelse har ett mål! Platon: Idealisk verklighet finns i geometri. Thales (~585 f.kr.): Magnet attraherar järn p.g.a. att järn har själ. Demokritos/Epicurus(342-270 f.kr.) modell för magnetism: Partiklar skjuter ut från magneten och skuffar undan luften och skapar tomrum som suger in järnet. (inga gudar) Förklaringsmodell för vad som helst är teori!
Renäsanssen och den vetenskapliga revolutionen Utan folkena i mellanöstern, skulle tankarna från antikens grekland inte vara kända av oss! Boktryckarkonsten hämtade böcker för första gången till allmänheten. Rika människor ville briljera med kollektioner av böcker Folk anlitades att söka upp dessa böcker. Aristotele var inte längre den enda filosofen Man blev skeptisk till auktoritet Ifrågasätt vad du läser och prova själv!!
Teori: Lika stöter ifrån och olika attraherar Magnetism Elektrisk laddning Skillnad: N och S förekommer aldrig separat i naturen, men nog + och -. All observerad elektrisk laddning förekommer i multipler av elektronladdningen. Elektronen är en liten magnet
De första vetenskapliga experimenten av magnetism och statisk elektricitet (1600) Katalogisering av material i magnetiska och elektriska egenskaper: isolatorer och ledare. Jorden är en magnet Elektroskop (1734) Teori: Elektricitet är växelverkan mellan 2 vätskor, inte + och som idag. (1747) Två vätsketeorin blir en en vätsketeori.
(1790) Animalisk elektricitet och batterier Då laddning rör på sig Elektricitet Elektricitet kan förekomma utan mänsklig tillhjälp och inte enbart som statisk elektricitet. Även i djur: animalisk elektricitet (Galvani) (~1800) Animalisk elektricitet är helt vanlig elektricitet (Volta) Vi kan bygga batterier som driver laddningen i en krets!
Elektricitet och magnetism är kopplade (1820) Elektricitet påverkar magnetism. (1831) Ett varierande magnetfält skapar elektricitet. Uppkomsten av elektromagnetism och tanken om fält och fältlinjer!
Elektromagnetism och ljus (1845) Magnetism påverkar ljus
Elektromagnetism och ljus (1845) Magnetism påverkar ljus (1888) EM-vågor
Elektromagnetism och ljus (1845) Magnetism påverkar ljus (1888) EM-vågor (1864) Elektromagnetismens alla hittills observerade fenomen kan beskrivas av några ekvationer. I dessa ekvationer rör sig EM-vågor (i vakuum) med ljusets hastighet, som är konstant!
(1905) Speciell relativitetsteori: Det finns ingen eter!! Ovanstående är en idé!! i) Plats och tid är relativt, beroende av observatören. ii) EM vågor behöver inte materia för att fortplantas. iii) Idé: speciell relativitetsteori gäller exakt i en punkt. En av de viktigaste byggstenarna för allmän relativitet, vår bästa teori för gravitation. iv) Atombomben och kärn-energi.
Sammanfattning Lika repellerar, olika attraherar Eletromagnetism, ingen elektricitet utan magnetism och tvärttom Ljus är ett el- och ett magnet-fält samtidigt (oftast i en annan del av spektret än det för synligt ljus) Rörelse och tid är relativt och ljusets hastiget den högsta signalhastigheten Teori behövs alltid då vi vill förklara någonting :)!!
Extra läsning!! Wiki avser här att söka på wikipedia på engelska. Det kan finnas en bra artikel på svenska också (det kan man kolla genom att söka upp den engelska artikeln och ändra språk till svenska), men oftast är den engelskspråkiga artikeln betydligt utförligare, tydligare och innehåller flere exempel. Blixt: St elmo: bärnsten (statisk elektricitet i antiken): 1) wiki (sök på lightning) 1) wiki (sök på st elmo's fire) 1) wiki (sök på amber) 2) "Amber and the ancient world", F. Causey, Getty Publications 2011 (sök på google) Permanenta magneter i antiken: 1) wiki (sök på lodestone) 2) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/1999gl900496/epdf Elektrisk fisk: 1) wiki (sök på electric catfish) 2) https://en.wikipedia.org/wiki/narmer_palette 3) https://ferrebeekeeper.wordpress.com/2010/08/03/electric-catfish-and-the-first-pharaoh/ Aurora borealis, norrsken: 1) wiki 2) http://www.bivrost.com/history/ bollblixt i labbet (fanns inte I föredraget): 1) http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp400001y?prevsearch=ball%2blightning&searchhistorykey=& 2) http://gizmodo.com/scientists-have-recreated-st-elmos-fire-in-the-lab-1171146134 Leviterande ballong 1) https://www.youtube.com/watch?v=vai9_uoisj4 Du Fay (två-vätsketeorin för elektricitet): 1) wiki 2) http://www.sparkmuseum.com/book_dufay.htm W. Gilbert (terrella och elektroskop): 1) wiki 2) https://en.wikipedia.org/wiki/de_magnete Kompassens historiska betydelse 1) wiki (sök på history of the compass) 2) http://www.gsjournal.net/old/science/ricker4.pdf Rotera ljusets polarisationsplan (Faraday effekten): 1) wiki (sök på Faraday effect) 2) https://www.youtube.com/watch?v=zlqvnxlbn3o Animalisk elektricitet och att Bygga ett batteri (Galvani och Volta): 1) wiki, 2) https://www.youtube.com/watch?v=-bdapbobszg Michael Faraday: 1) wiki Fältlinjer: 1) wik (sök på field lines)i 2) http://www.physicsclassroom.com/class/estatics/lesson-4/electric-field-lines James Clerk Maxwell: 1) wiki Maxwells ekvationer: 1) https://en.wikipedia.org/wiki/history_of_maxwell%27s_equations A. Einstein och speciell relativitetsteori: 1) wiki 2) http://physicsforidiots.com/physics/relativity/ (mindre avancerad), 3) https://arxiv.org/pdf/1302.6965.pdf (avancerad) Eter: 1) wiki (sök på luminoferous aether) Vetenskaplig idéhistoria allmänt 1) J. Henry, A short history of scientific thought, Palgrave Macmillan (2012)