في القرن الثامن عشر، شرع عدد من العلماء يظنون بأن الكهرباء مرتبطة بالمغناطيسية بنحو ما – فيما كان يظن آخرون مثل الإنجليزي توماس يانج والعالم الفرنسي أندريه ماري أمبير أنهما لا ترتبطان إحداهما بالأخرى بأي نحو كان. كان ويليام جلبرت يعتقد بأن الكهرباء والمغناطيسية ظاهرتان منفصلتان تماما، لكنه درس كليهما في ذات الوقت وكتب عن الكهرباء في كتابه «عن المغناطيسية» كذلك. وقد وصف قوة الجاذبية التي يكتسبها الكهرمان بعد فركه بأنها «قوة كهربية» (تذكر أن مرادف كهرمان في اللغة اليونانية القديمة هو «electron» [والتي اشتقت منها كلمة «electricity» الإنجليزية]). كما ابتكر نسخةً من المقياس الكهرومغناطيسي، وهو أبسط طريقة لقياس الكهرباء الاستاتيكية والكشف عن وجودها. (المقياس الكهربائي عبارة عن قضيب معدني في نهايته مجموعة من أشرطة الزينة، بمجرد تمرير شحنة كهربية في القضيب تنتصب تلك الأشرطة متباعدة بعضها عن بعض، وكأنها نسخة معملية من الشعر الأشعث).

وقد دعت الأكاديمية البافارية للعلوم إلى كتابة مقالات حول العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية خلال عامي 1776 و1777. وقد عرف الناس لزمن طويل أن التفريغ الكهربائي للبرق كان يُعطل البوصلات، وقد كان بنجامين فرانكلين بنفسه هو من مغنط الإبر لتفريغ قارورة ليدن. (وقارورة ليدن هي اختراع هولندي يعود إلى منتصف القرن الثامن عشر، وكانت تستخدم في حفظ الشحنات الكهربية. وهي تعد صورة بدائية من جهاز المكثف). لكن رغم ما شهده القرن التاسع عشر من تزايد كبير في دراسات الكهرباء، لم يربط أي عالم بوضوح بين التيار الكهربي والمغناطيسية إلى أن توصل الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد (من مواليد عام 1777) إلى اكتشافه المحوري الذي أثبت العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. وحسبما ذكر المؤرخ فريدريك جريجوري، كانت تلك هي المرة الوحيدة في تاريخ الفيزياء الحديثة التي يتوصل فيها إلى مثل هذا الاكتشاف الهائل في قاعة تضج بالطلاب.

ففي عام 1820، لاحظ أورستد أن تيارًا كهربائيا يسري عبر سلك يتصل ببطارية أثر في إبرة بوصلة بالقرب منه، حيث حولها إلى اتجاه عمودي على السلك بعيدا عن القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي. وحين قطع تدفق التيار الكهربي بفصل السلك، عادت إبرة البوصلة لموضعها المعتاد. ولا نعرف على وجه اليقين إن كان أورستد يجري تلك التجربة عمدا كجزء من محاضرة، أو إن كان لاحظ ذلك التأثير المذهل فيما تصادف وجود البوصلة بالقرب منه فرواياته في هذا الشأن مختلفة كما سبق أن رأينا أكثر من مرة في تاريخ الفيزياء.

وسواء أكان الأمر صدفةً أم عمدًا، فإن تلك التجربة ربما كانت أهم تجربة يجريها عالم فيزياء. وقد خلص، بحسب المنطق، إلى أن التيار الكهربي ولد مجالا مغناطيسيا عند مروره عبر السلك، وأن الإبرة المغناطيسية للبوصلة تحركت استجابة لذلك التيار المغناطيسي. وقد كان ذلك الاكتشاف العظيم بمثابة إشارة البدء لما أعقبه من كم مهولمن الأبحاث في الكهرباء والمغناطيسية في القرن التاسع عشر، والتي كان أبرزها تلك التي أجراها كل من أندريه ماري أمبير ومايكل فاراداي وكارل فريدريتش جاوس، وأخيرًا الإطار النظري العظيم الذي وضعه جيمس كليرك ماكسويل.

نظرا لأن التيار الكهربي هو شحنات كهربية متحركة، أوضح أورستد أن الشحنات الكهربية المتحركة تولّد مجالًا مغناطيسيا. وفي عام 1831، اكتشف مايكل فاراداي أنه عند تمرير مغناطيس عبر ملف أسلاك، فإنه يولد تيارًا كهربائيا في الملف. وهكذا أثبت فاراداي أن ما أوضحه أورستد، أن التيارات الكهربية تولد مجالًا مغناطيسيا، يمكن أن تسري بالعكس أيضًا، حيث إن المجال المغناطيسي يولّد تيارًا كهربيا كذلك. ومع ذلك، فالنتائج التي توصل إليها كل من فاراداي وأورستد ليست معقولة بداهة، ألا يبدو لك ذلك صحيحًا؟ إذا مررت مغناطيسًا بالقرب من ملف موصل – والملفات النحاسية مناسبة جدًّا لهذا الغرض؛ لأن النحاس موصل جيد – فلم يتولّد تيار في هذا الملف؟ لم تكن أهمية هذا الاكتشاف واضحةً منذ البداية؛ لكن حسبما تقول الرواية، بعد فترة وجيزة، سأل سياسي مشبوه فاراداي عما إن كان لاكتشافه هذا أي قيمة عملية، ومن المفترض أن فاراداي قد أجابه قائلًا: «سيدي، لا أعرف لهذا الاكتشاف نفعًا؛ لكني على يقين من أنك ستفرض عليه ضريبة يوما ما».

هذه الظاهرة البسيطة التي يمكن استعراضها بسهولة في المنزل، قد لا يكون لها أي مغزى على الإطلاق، إلا أن اقتصادنا وكل ما بنته يد البشر يقوم عليها دون مبالغة. ولولا هذه الظاهرة لكنا نحيا اليوم مثلما كان يعيش أجدادنا تقريبا في القرنين السابع عشر والثامن عشر، بلا هواتف أو حواسيب.

فكيف، إذن، نحصل على كل تلك الكهرباء التي نستخدمها اليوم؟ بصفة عامة، نحصل عليها من محطات الكهرباء، التي تولّد الكهرباء باستخدام المولدات الكهربائية. تتمثل آلية عمل المولدات بالأساس في تحريك ملفات النحاس عبر مجالات مغناطيسية؛ وهكذا لم نعد نحرك المغناطيس. كان أول مولد يبتكره مايكل فاراداي عبارة عن قرص نحاسي كان يحركه بذراع بين ذراعي مغناطيس على شكل حدوة حصان؛ وكانت فرشاة مثبتة على الحافة الخارجية للقرم تتصل بسلك، وأخرى مثبتة على الذراع الدوراني في قلب القرص الدوار تتصل بسلك آخر. وعند توصيله السلكين بجهاز أميتر كان بإمكانه قياس التيار المتولد. لقد حوَّل اختراعه الطاقة (المتمثلة في الطاقة العضلية في هذه الحالة!) التي ضخها في الجهاز إلى كهرباء. إلا أن ذلك المولد لم يكن بالغ الفاعلية لأسباب مختلفة من بين أهمها أن القرص النحاسي كان يُدار يدويا. ويتعين إلى حدٍ ما تسمية المولدات بمحول ولات الطاقة؛ وذلك لأن كل ما تفعله هو تحويل شكل من الطاقة، وهي الطاقة الحركية في هذه الحالة، إلى طاقة كهربية. بعبارة أخرى، لا تتولد الطاقة من العدم.

مواضيع ذات صلة

The dipole radiator

Radiation

Electromagnetism

ثنائيات الأشعة السينية آلية عملها

انفجار الأشعة السينية المنبعثة من 1–Sco X

أستاذ المناطيد (مناطيد استكشاف الاشعة السينية)

استعادة التلسكوب الخاص باستكشاف الاشعة السينية من وسط الصحراء: جاك صائد حيوانات الكنغر

التحليق عاليا المناطيد.. وكواشف الأشعة السينية.. وعملية الإطلاق

مطاردة الأشعة السينية بالمناطيد.. البداية

ما هي الأشعة السينية؟

أشعة سينية من الفضاء الخارجي

إنجاز ماكسويل العظيم