James Watt (19/1/1736 –19/8/1819), là nhà phát minh người Scotland và là một kỹ sư đã có những cải tiến cho máy hơi nước mà nhờ đó đã làm nền tảng cho cuộc Cách mạng công nghiệp.

James Watt sinh tại Greenock, một cảng biển của Firth of Clyde. Cha ông là một thợ đóng tàu, chủ tàu và là một nhà thầu khoán, còn mẹ ông – bà Agnes Muirhead thì xuất thân từ một gia đình danh giá và có học vấn đến nơi đến chốn. Cả hai đều là tín đồ của Giáo hội Trưởng lão (Presbyterian).

Watt đi học không thường xuyên và thay vào đó là được mẹ dạy tại nhà. Ông tỏ ra rất khéo tay và có năng khiếu về môn toán học trong lúc lại ngại môn tiếng Latinh và tiếng Hy Lạp cổ ; ông miệt mài với thần thoại Scotland.

Khi ông 17 tuổi, mẹ ông qua đời và sức khỏe cha ông bắt đầu suy sụp. Watt đi London để học ngành điều khiển đo lường (measuring instrument) trong 1 năm, sau đó trở lại Scotland, đến Glasgow, dự tính lập một cơ sở kinh doanh sản xuất thiết bị đo lường. Tuy nhiên, vì ông không trải qua ít nhất 7 năm học việc nên cơ quan quản lý thợ thủ công của Glasgow (Glasgow Guild of Hammermen) không cấp phép cho ông dù lúc đó chưa có thợ chế tạo dụng cụ cơ khí nào ở Scotland.

Watt được các giáo sư của Đại học Glasgow cứu khỏi tình huống bế tắc này khi họ đã cho ông một cơ hội mở xưởng nhỏ trong trường này và đây cũng là cơ hội để Watt đặt nền móng cho việc cải tiến máy hơi nước Niucômanh . Xưởng này được lập năm 1757 và là một trong những giáo sư của trường, là nhà vật lý và cũng là nhà hóa họcJoseph Black trở thành bạn và người thầy của Watt.

Năm 1767, Watt cưới cháu Joseph – Biller Miller và có 6 con với nhau.

Sau nhiều năm nỗ lực, cuối cùng ông đã chế tạo được máy hơi nước Oát nổi tiếng thế giới, thúc đẩy rất lớn hiệu suất sản xuất công nghiệp. Năm 1785 trở thành thành viên Viện Hàn lâm khoa học Anh. Những cống hiến của Watt xứng đáng được mệnh danh: "Người đặt nền móng cho cách mạng công nghiệp".

James Watt - Gợi ý từ cái nắp ấm đun nước

Năm 8 tuổi có một lần ở bên nhà bà ngoại đun nước, khi nước trên lò sôi, hơi nước phụt ra từ chiếc vòi của nó, rồi nắp ấm "Bạch, bạch, bạch" nhảy múa liên hồi trên miệng ấm, đồng thời có rất nhiều hơi bay lên. Watt cảm thấy rất thích thú, cậu chăm chú quan sát, không hiểu có ma quỷ gì trong ấm đang làm trò đây?Để ý một lúc lâu, lòng hiếu kỳ mãnh liệt cho cậu can đảm dùng tay mở nắp ấm.Hơi nước từ trong ấm ngùn ngụt bốc lên trời. Watt mở to đôi mắt hiếu kỳ quan sát, trong ấm không còn có gì khác ngoài nước. Thật là kỳ lạ, Watt nghĩ vậy.

Watt chạy ra ngoài kéo tay bà ngoại vào nhà và hỏi bà: -"Cái gì đẩy nắp ấm nước, làm nó cứ nhảy lên lại rơi xuống mãi thế hở bà?"

Bà ngoại chậm rãi nói: -"Cháu ơi, làm gị có cái gì, đấy là nước sôi."

-"Tại sao nước sôi thì nắp ấm lại nhảy lên vậy?" - Watt không hiểu được hỏi lại bà ngoại.

-"Do hơi nước đấy, cháu không nhìn thấy hơi nước phụt lên từ vòi ấm đó sao?"

-“Như vậy, hơi nước sinh ra từ đâu? Tại sao nó lại chạy ra vòi ấm nhỉ?"

-"Cục cưng của bà ơi, nó từ trong nước nóng ra, sau khi nước sôi thì sinh ra hơi nước."

-"Thế hả bà!"

Watt trầm ngâm một lát rồi hỏi bà:

-"Sức đẩy của hơi nước lớn như vậy hả bà? Có một tý nước mà hơi nước sinh ra mở được cả nắp ấm, nếu dùng nhiều nước thì sức đẩy phải lớn lắm bà nhỉ? Nếu hơi nước rất mạnh thì có thể nâng được vật rất nặng lên phải không ạ?"

-"Ừ, ừ, bà cũng không biết nữa, đợi lớn lên con sẽ biết!" Thấy bà không trả lời được, Watt tự trầm tư suy nghĩ.

James Watt - Đứa trẻ học nghề thông minh

Lúc nhỏ vì nhà nghèo không có tiền mua đồ chơi n ên đồ chơi của Watt đều do bố làm, đồ chơi của bố làm đẹp không kém gì mua.Cậu nghĩ nếu mình cũng biết làm thì tốt biết mấy! Không chỉ để chơi mà còn có thể bán một ít để lấy tiền mua sách.

Vì vậy mỗi ngày sau khi đi học về Watt đều chạy đến xưởng bố làm. Cha cậu là một công nhân kỹ thuật tay nghề cao, ông mở xưởng nhỏ ở ngoài thị trấn chuyên sản xuất và sửa chữa các thiết bị và dụng cụ đo lường dùng cho tàu thuyền. Watt rất thích xem những bác thợ lành nghề làm mô hình, sửa la bàn và dụng cụ đo lường như: dụng cụ đo góc vuông, kính viễn vọng,...

Cha cậu thấy con thích công việc của những người thợ này tỏ ra rất vui, cha đã dành cho cậu một gian phòng nhỏ, trong đó có rất nhiều công cụ và vật liệu các loại. Như vậy Watt nhỏ cũng có thể học kỹ thuật chế tạo và sửa chữa.

Cậu Watt nhỏ thông minh đã rất nhanh biết sử dụng công cụ trong xưởng, biết làm đồ chơi và chế tạo mô hình. Những hoạt động ngoài giờ học này đã ngốn của Watt không ít thời gian nhưng không hề ảnh hưởng đến việc học tập trên lớp. Sau khi tốt nghiệp trung học, Watt chuẩn bị vào đại học. Đúng lúc này cha cậu bị trục trặc trong công việc, sau đó mẹ mất, Watt đành phải bỏ ý định đi học đại học.

Năm 1755, Watt tròn 18 tuổi cậu sang London học thủ công nghệ. Sang London cậu rất vất vả mới tìm được sư phụ Moocgan, nhưng thời gian học tập là 4 năm.

Bốn năm? Dài quá! Đối với Watt 4 năm là quá dài. Cậu muốn học nhanh để sớm về giúp cha kiếm sống. Watt nói với thầy: "Con muốn học được nghề trong thời gian một năm".

Ông Moocgan hỏi Watt: -"Một năm? Câu có học được không?"

-"Được ạ!" - Watt quả quyết

Thầy Moocgan rất kinh ngạc, ông dạy bấy lâu năm biết bao nhiêu học trò, chưa có ai có thể học trong thời gian một năm.

Moogan nghĩ một lúc rồi nói: -"Thầy đồng ý nhưng con phải nộp 20 bảng tiền học nghề, ngoài ra trong một năm này con không có lương!"

Watt chấp nhận: -"Vâng ạ!"

Để gom được 20 bảng học phí với Watt lúc đó không phải là việc làm đơn giản, cuối cùng thì cậu cũng bắt tay vào học tập.

Vì lúc nhỏ cũng được đào tạo nghề thủ công lại thêm tư chất thông minh nên Watt học thủ công nghệ rất nhanh, đến mức thầy Moocgan cũng không dám tin, ông chưa từng gặp cậu học sinh nào thông minh đến thế.

Tháng 7 Watt học nghề, ngày 5 tháng 8 bắt đầu làm một thiết bị đo góc vuông dùng để xác định phương vị, già nửa tháng hoàn thành. Watt học nhanh kỳ lạ, tháng 10 cậu làm thước đẳng, tháng 11 học làm la bàn phương vị,...Ban ngày Watt học nghề ở xưởng, tối về tự làm, đã làm là miệt mài đến khuya. Ngày hôm sau trời mới sáng là cậu lại dậy tiếp tục làm. Cậu luôn là người dậy sớm nhất. Watt tranh thủ mọi thời gian và thời cơ để học tập kông chỉ học thầy mà còn học bạn. Cậu cần cù học tập, tiết kiệm ăn tiêu, nên vốn đã xanh gầy nay càng gầy xanh hơn, nhưng tay nghề cậu vững vàng lên rất nhiều.

Tháng 7 năm 1756, Watt đã học được nghề thủ công, bắt đầu tự kiếm sống.

James Watt - Ý tưởng & sự nghiệp

Chuyện hơi nước đẩy nắp ấm đun nước lên đã để lại ấn tượng rất sâu trong cậu bé Watt, cậu đã suy nghĩ rất nhiều về hiện tượng này.

Watt nghĩ: Một chút hơi nước mà có sức mạnh như vậy, nó nhất định sẽ có công dụng rất lớn. Nếu ta biết lợi dụng nó có thể làm được nhiệc lớn. Thí dụ: như ta nâng vật nặng lên cao, kéo vật gì đó chẳng hạn, Watt cảm thấy đây là một cách nghĩ thú vị và rất nhiều nghĩa.

Lý tưởng thời tuổi trẻ thôi thúc Watt nhỏ càng nỗ lực học tập. Lúc này ông mới biết trước đó đã có người nghĩ đến việc dùng hơi nước làm động lực... Trước đó không lâu, năm 1705 Niucômanh đã phát minh ra máy hơi nước Niucômanh.

Nhưng Watt không cam tâm để lý tưởng của mình bị nguội lanh, ông tiếp tục học tập, miệt mài, nghiên cứu. Watt phát hiện máy hơi nước Niucômanh tuy được dùng rộng rãi nhưng nó có rất nhiều điểm cần được cải tiến.Watt phát hiện máy hơi nước Niucômanh còn hạn chế vì hơi nước chưa được sử dụng triệt để.

Làm thế nào để hơi nước do máy hơi nước sinh ra được sử dụng triệt để?

Chính vì điều này mà Watt đã mất ăn mất ngù.Vào một buổi sáng nọ, Watt đi bách bộ ngoài sân golf, mặt trời từ từ mọc lên, mặt trời hồng rọi lên mặt ông. Bỗng nhiên một đám mây đen che khuất mặt trời, trong phút chốc bầu trời như tối lại, một trận gió thổi qua, mặt đất như xanh hơn, không gian như rộng hơn, cảm thấy dễ chịu lạ thường.Ông nhìn lên trời cao, nghĩ lại đám mây đen che kín mặt trời vừa rồi, một ý tưởng mới xuất hiện trong đầu ông: "Thiết kế bộ ngưng tụ hơi nước, làm cho hơi nước trực tiếp trở lại trạng thái nước ngay từ ngoài xi lanh, như vậy chẳng phải xi lanh có thể duy trì được nhiệt độ tương đối cao sao?"

Để chế tạo được máy hơi nước kiểu mới, Watt và các trợ lý của ông làm miệt mài không quản ngày đêm nhưng kết quả vẫn chưa giành được thành công, hơn nữa còn nợ nần chồng chất, cuộc sống hết sức khó khăn, có lúc thậm chí không còn tiền để ăn nữa. Watt không nản lòng, ông càng nỗ lực hơn, cuối cùng năm 1765 ông đã chế tạo thành công một chiếc máy hơi nước.Loại máy hơi nước này giảm được 3/4 lượng than tiêu thụ so với máy hơi nước Niucômanh mà hiệu suất nâng cao lên rất nhiều. Thành công lần này là sự cổ vũ lớn đối với Watt, ông vẫn muốn trực tiếp cải tiến một bước nữa để giảm lượng tiêu hao than xuống nữa, hiệu suất càng cao hơn.

Năm 1782, ông cho ra đời chiếc máy hơi nước mới đúng như ông đã suy nghĩ: Máy tiêu hao than ít, hiệu suất làm việc cao. Thành công phát minh ra loại máy hơi nước này đã làm cho máy hơi nước Niucômanh trở nên quá lạc hậu không còn chỗ đứng chân.

Máy hơi nước do Watt phát minh nhanh chóng được sử dụng rộng rãi. Tàu thuyền, tàu hỏa dùng máy móc hơi nước đua nhau ra đời, công nghiệp toàn thế giới nhanh chóng bước vào "thời đại máy hơi nước".

Nền công nghiệp cơ khí xưa và nay

Nói đến nền công nghiệp cơ khí, không thể không nhắc tới James Watt, bởi ông là nhân vật tiêu biểu nhất của nền công nghiệp cơ khí nước Anh, nơi khởi nguồn cho sự phát triển ngành cơ khí chế tạo của nhân loại cách đây gần 250 năm. Khi trở về quê hương, Watt được Trường Đại học Glassgow thuộc Scoland dành cho một vài phòng để mở xưởng sửa chữa dụng cụ. Tại đây, cậu được giao sửa chữa đủ các loại thiết bị và dụng cụ. J.Watt nhanh chóng nắm bắt được những nguyên lý vận hành của từng loại thiết bị, dụng cụ mà khách hàng đem đến nhờ sửa chữa. Anh lại được sự động viên khích lệ của giáo sư Jaseph Black là giảng viên lý thuyết của trường Glasgow. Cũng từ đây J.Watt định hướng cho mình là đi sâu về lĩnh vực động cơ. Nhưng vào thời điểm này mới chỉ đơn điệu có một loại động cơ newcomen dùng để hút nước trong các mỏ than của nước Anh. Nền công nghiệp khai thác than làm nguyên liệu của nước Anh thời bấy giờ đang phát triển nhanh.
Vào đầu năm 1764, người ta mang đến một động cơ newcomen của một mỏ than bị hỏng đến xưởng của J.Watt để nhờ sửa chữa. Như một sự đánh thức ước mơ, J.Watt xoay trần ra để tìm nguyên nhân của sự hỏng hóc, tháo pittông, xilang để quan sát, đo đạc thông số, rồi chỉnh sửa lại, lắp chúng lại để thử, vẫn chưa được; lại tháo rỡ, cứ như thế trong mấy ngày liền... Nhờ đó J.Watt hiểu rất kỹ về loại động cơ cổ điển này. Anh nhanh chóng nhận ra nhược điểm của nó: thân xác thì cồng kềnh, chạy thì ì ạch, ồn ào, ầm ĩ và tiêu thụ nhiên liệu quá nhiều...
Cuối cùng thì chiếc động newcomen cũng được chữa chạy để trả về cho chủ mỏ. Nhưng anh không dừng lại ở đó. Từ đây, J.Watt liên hệ với sự đẩy của hơi nước lên nắp, lên vòi ấm. Anh quyết định làm lại một số thí nghiệm mới theo hướng này: chế tác một động cơ mới dùng sức của hơi nước để đẩy pittông, nhưng với loại xilanh tác dụng kép (2 chiều), muốn như vậy phải chế ra được bộ phận điều khiển luồng hơi có tác dụng điều tiết tốc độ và đổi hướng dòng hơi... J.Watt tự chế tạo ra mẫu động cơ mới theo ý tưởng đó rồi thử nghiệm, tra cứu, rồi lại chế tạo dạng mới, lại thử nghiệm... không quản ngại tốn kém, công sức. Sau một năm trời miệt mài say mê thực hiện ý tưởng, đến năm 1765, J.Watt cho ra đời động cơ bằng hơi nước đầu tiên trên thế giới.
Loại máy hơi nước đầu tiên này được đánh giá rất cao ngay từ khi nó mới ra đời. Năm 1769, Hội đồng Khoa học Hoàng gia Anh đã cấp bằng sáng chế cho công trình sáng tạo quan trọng của J.Watt. Ngành cơ khí non trẻ của nước Anh lúc bấy giờ đón nhận nó một cách đầy tự hào, bởi dựa và nguyên lý của J.Watt người ta đã vận dụng và sáng tạo thêm để phục vụ cho đời sống của con người. Cùng với sự phát triển của ngành mỏ than và ngành luyện thép mà công nghệ chế tạo máy móc của nước Anh phát triển nở rộ và trở thành đầu tầu thúc đẩy nhiều quốc gia khác như Pháp, Đức, Italia... cùng phát triển theo.

Các máy công cụ ra đời giúp cho con người sản xuất được hàng loạt xilanh, pittông, khung máy, ốc vít, bàn tiện, bàn ren. Nhờ đó, ngành cơ khí lắp ráp được hàng loạt máy móc riêng lẻ, máy móc thay thế dần lao động chân tay. Vào năm 1800, tầu biển chạy bằng hơi nước được chế tạo thành công. Đây cũng là cuộc cách mạng ngành hàng hải.
_ Năm 1801, ngành công nghiệp cơ khí có thêm một phát minh mới của Jaka là áp dụng phiếu đục lỗ, thông qua các phiếu đục lỗ đã được lập trình mà máy móc phải hoạt động theo các lỗ đã lập trình sẵn đó. Phát minh này tuy còn sơ khai, nhưng có ý nghĩa mở đường cho hướng tự động hóa trong ngành cơ khí kể từ đó.
_ Năm 1805, động cơ hơi nước công suất lớn do kỹ sư Tri-oai chế tạo, mở ra triển vọng lớn cho ngành giao thông vận tải. Năm 1815, Laenec phát minh ra ống nghe và ngay sau đó ngành cơ khí sản xuất thiết bị cho ngành ytế, bắt đầu phát triển mà khởi đầu là sản xuất hàng loạt ống nghe cho bác sĩ ở khắp châu Âu để chuẩn đoán bệnh.
_ Năm 1820, Niepse phát minh ra máy chụp ảnh, mở đường cho ngành cơ khí chính xác và quang học phát triển. Chẳng bao lâu sau, nó đã đưa ra thị trường với hàng loạt máy chụp ảnh phục vụ cho nhu cầu xã hội.
_ Năm 1929, nhờ có loại động cơ hơi nước công suất lớn, người ta đã chế tạo ra chiếc đầu tầu xe lửa đầu tiên (xem hình 2), đánh dấu bước khởi đầu cho cuộc cách mạng trong ngành giao thông đường bộ. Cũng phải nói thêm rằng, mới đầu, chiếc xe lửa này được chạy trên đường bộ và phải có một người đàn ông khoẻ mạnh chạy trước đầu tầu để hô hoán, dẹp đường, báo cho khách bộ hành tránh xa để xe chạy. Do sự phiền phức và an toàn như vậy nên chỉ ít lâu sau loại “đầu tầu xe hỏa chạy bằng động cơ hơi nước đi trên đường bộ” phải đình chỉ hoạt động. Sự cấm đoán này của nhà đương cục làm nảy sinh ra ý tưởng kỹ thuật mới: cho tầu hỏa chạy trên đường ray (nay nghe có vẻ đơn giản làm vậy, nhưng cách đây gần 250 năm, nó là một ý tưởng kỹ thuật táo bạo). Thế là chẳng bao lâu sau, chiếc xe hỏa đầu tiên chạy trên đường ray ra đời, nối hai thành phố của Anh là Daclinton và Stocton lại với nhau, mang đến tràn ngập niềm vui cho dân chúng của hai thành phố này.

Có được những thành quả khởi đầu tốt đẹp là nhờ sự ra đời đúng lúc của máy hơi nước do J.Watt sáng chế ra. Cũng phải nói thêm rằng, J.Watt, khi sáng tạo ra nó chỉ là nhờ những khái niệm mang tính trực giác, mà chưa hề biết đến quy luật nhiệt động học để hướng dẫn công việc của mình. Nhưng, dựa trên nguyên lý đó, cộng với sự phát triển của khoa học “nhiệt động học” và ngành cơ khí phát triển của nước Anh, chẳng bao lâu, người ta đã chế tạo ra những động cơ cực lớn, để năm 1830, (chiếc tầu thuỷ chạy bằng hơi nước công suất lớn lần đầu tiên ra đời. Ngay sau đó, nó đã lập được kỷ lục: Vượt Đại Tây Dương đi từ châu Âu sang châu Mỹ. Ngành cơ khí đóng tầu còn có thêm một sáng tạo đáng nhớ nữa, đó là năm 1810 đã chế tạo thành công chiếc chân vịt đầu tiên để thay thế bánh lái và con tầu vượt đại dương đầu tiên đã được áp dụng kỹ thuật này.

Động cơ hơi nước hay máy hơi nước là một loại động cơ nhiệt đốt ngoài sử dụng nhiệt năng của hơi nước, chuyển năng lượng này thành công năng.

Các động cơ hơi nước đầu tiên được sử dụng như là bộ phận chuyển động sơ cấp của bơm, đầu máy tàu hỏa, tàu thủy hơi nước, máy cày, xe tải và các loại xe cơ giới chạy trên đường bộ khác và là nền tảng cơ bản nhất cho Cách mạng công nghiệp. Các tuốc bin hơi nước, về mặt kỹ thuật cũng là một loại động cơ hơi nước, ngày nay đang được sử dụng rộng rãi cho máy phát điện nhưng các loại cũ hơn hầu như được thay thế bằng động cơ đốt trong và động cơ điện.

Một động cơ hơi nước cần một nồi hơi súp de để đun nước sôi tạo hơi. Việc giãn nở của hơi tạo một lực đẩy lên piston hay các cánh tuốc bin và chuyển động thẳng được chuyển thành chuyển động quay để quay bánh xe hay truyền động cho các bộ phận cơ khí khác. Một trong những lợi thế của động cơ hơi nước là nó có thể sử dụng bất cứ nguồn nhiệt nào để đun nồi hơi nhưng các loại nguồn nhiệt thông dụng nhất là đun củi, than đá hay dầu hay sử dụng hơi nhiệt năng thu được từ lò phản ứng hạt nhân.

Nicolas Copernic (1473 - 1543)

Nhà lý thuyết thiên tài: thuyết Vũ trụ Nhật Tâm

1. Tuổi trẻ và học vấn

Copernic sinh tại Torun, Pologne trong một gia đình thương gia và công chức. Cậu của Copernic là giám mục Lukas Watzelrode, chăm sóc học vấn cho cháu thật vững trong những trường đại học tốt nhất.

Nicolas vào trường đại học Cracovie năm 1491, học về nghệ thuật tự do trong 4 năm nhưng không có văn bằng gì cả. Sau đó ông đi Ý để học Y khoa và Luật khoa như những người nước Pologne thời đó. Trước khi ra đi, cậu ông cho ông chức linh mục phụ tá (chanoine) tại Frauenburg, ngày nay là Frombork, một chức vụ trách nhiệm về tài chánh nhưng không có nhiệm vụ tín ngưỡng.

Tháng giêng năm 1497, Copernic bắt đầu học Luật Giáo hội (droit canon) tại đại học Bologne và ở nhà một giáo sư Toán Domenico Maria Novara (1454-1504). Giáo sư là một trong những người đầu tiên điều chỉnh cho chính xác khoa địc lý của Ptolémée và đã khuyến khích ông rất nhiều trong ngành Ðịa lý và Thiên văn. Cả hai cùng quan sát nguyệt thực, sao Aldébaran ngày 9/03/1497 tại Bologne.

Năm 1500, Copernic tổ chức Hội nghị về Thiên văn tại Rome

Năm sau ông được phép học Y khoa tại Padoue, (trường đại học mà gần một trăm năm sau Galillée học)

Năm 1503 ông đậu tiến sĩ Luật, và trở về Pologne để hoàn thành chức vụ hành chính của ông (chưa học xong trường Y).

2. Các tác phẩm

Từ năm 1503 đến 1510, Copernic sống trong lâu đài Giám mục của cậu Lidzbark Warminski ông, tham gia hành chính của địa phận.

Ông in quyển sách đầu tiên, dịch từ tiếng Latin quyển sách về đạo đức của một tác giả xứ Bizance thuộc thế kỷ thứ VII, Theophylactus de Simocatta.

Trong những năm từ 1507 đến 1515, ông hoàn thành bài về Thiên văn: De Hypothesibus Motuum Coelestium a se Constitutis Commentariolus được biết dưới tựa đề Commentariolus mà mãi đến thế kỷ thứ XIX mới được in. Trong công trình này, ông đưa ra những nguyên tắc của thuyết Thiên văn mới của ông: thuyết Mặt Trời ở giữa (Héliocentrique).

Sau khi ông về lại Frauenburg năm 1512, ông tham dự vào công việc sửa đổi lịch (1515)

1517: Viết một bài về tiền tệ và bắt đầu tác phẩm chính của ông: De Revolutionibus Orbium Coelestium (chuyển động quay của những thiên thể). Công trình này ông hoàn tất từ năm 1530 nhưng mãi đến năm 1543 mới được in tại Nuremberg. Copernic chỉ nhận được vài bản vài giờ trước khi ông mất (24/05/1543). Ông gởi tặng một bản cho Giáo hoàng Paul III, ông giới thiệu hệ thống của ông là một lý thuyết thuần túy để tránh sự trừng phạt của giáo hội (vindicte)

3. Hệ thống Copernic và ảnh hưởng

Hệ thống Copernic dựa trên sự quả quyết rằng trái đất quay quanh chính nó 1 vòng trong một ngày và quay quanh mặt trời một vòng trong một năm.

Ngoài ra, những hành tinh khác cũng ở xung quanh mặt trời. Như vậy, trái đất có sự tiến động trên trục của nó khi nó quay (cũng giống như một con vụ vừa quay xung quanh nó, vừa quay vòng)

Hệ thống Copernic còn giữ lại một số lý thuyết xưa như những khối cầu thật chắc mang những hành tinh và mang những ngôi sao đứng yên.

Thuyết của Copernic có ưu điểm hơn của Ptolémée là giải thích được sự chuyển động hàng ngày của mặt trời và sao (do chuyển động của trái đất xung quanh chính nó) và chuyển động của mặt trời hàng năm (do sự chuyển động của trái đất quanh mặt trời). Ông giải thích được chuyển động bề ngoài có vẻ ngược của Mars, Jupiter và Saturne và Mercure và Vénus giữ nguyên độ xa đối với mặt trời

Ngoài ra thuyết Copernic cho một bảng thứ tự mới của các hành tinh tùy chu kỳ quay vòng của chúng

Hệ thống Copernic khác của Ptolémée là bán kính quỹ đạo của hành tinh càng lớn thì càng cần nhiều thời gian hơn để hành tinh đó quay một vòng quanh mặt trời

Nhưng khái niệm về một trái đất di chuyển khó được những độc giả của thế kỷ XVI chấp nhận để hiểu được lỳ thuyết Copernic. Có vài thuyết của ông được chấp thuận nhưng "trung tâm mặt trời " bị bác bỏ hay không biết.

Từ năm 1543 đến 1600 ông chỉ có mười người theo ông. Phần đông họ làm việc bên ngoài trường đại học, trong những lớp học hoàng gia. Những người nổi tiếng nhất là Galilée, Johannes Kepler. Những người này có những lý lẽ đặc biệt khác để ủng hộ hệ thống Copernic.

Năm 1588, nhà Thiên văn học Danemark, Tycho Brahé, nghiên cứu một vị trí trung gian đặc biệt mà trái đất như có vẻ đứng yên và mọi hành tinh khác quay chung quanh nó.

Năm 1633, mặc dù Galilée bị buộc tội trước tòa án La Mã nhưng có vài triết gia thời bấy giờ vẫn chấp nhận (bên trong lòng) lý thuyết Copernic.

Khoảng cuối thế kỷ XVII khi ngành Cơ học thiên văn tiến bộ nhờ Isaac Newton, phần đông những bác học Anh, Pháp, Hà Lan, Danemark theo Copernic, còn những nước khác thì chống Copernic đến ngót một thế kỷ.

I) ĐÔI ĐIỀU VỀ NHÀ KHOA HỌC ROBERT HOOKE:

Robert Hooke, FRS (Fellow of Royal Society - thành viên của hiệp hội hoàng gia), sinh ngày 18 tháng 7 năm 1635, mất ngày 3 tháng 3 năm 1703, là một nhà học giả người Anh có vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học, trong cả sự nghiệp nghiên cứu lẫn lý thuyết. Cha ông là John Hooke, là cha phó trong nhà thờ All Saints ở Freshwater.

1) Tiểu sử:
Sinh ra ở Freshwater trên Isle of Wight, Robert Hooke được học hành từ rất sớm và đến khoảng năm 13 tuổi thì ông được học ở trường Westminster dưới sự dẫn dắt của Giáo sự Busby.Hooke ngay từ khi còn nhỏ đã có niềm đam mê mãnh liệt đối với khoa học, đặc biệt là sinh học. Cũng giống như 3 người anh của ông (đều là mục sư), Robert mong muốn học hành thành tài để tham gia vào nhà thờ của cha ông. Tuy vậy, Hooke liên tục phải chịu đựng sự chứng đau đầu hành hạ trong thời gian học tập. Cha mẹ ông, sợ rằng ông không thể trưởng thành được, nên đã bắt ông từ bỏ con đường học vấn của mình và để ông tự sáng chế một mình. Năm 1653, Hooke được vào dàn hợp xướng của nhà thờ thánh Christ tại Oxford. Ở đó, ông đã gặp nhà hóa học (và vật lý học) Robert Boyle, và trở thành người phụ tá của ông ta. Và rất có thể Hooke mới là người đã chính thức phát biểu định luật Boyle còn Boyle thì không phải là nhà toán học.

2) Sự nghiệp:
Năm 1660, ông khám phá ra định luật Hooke về biến dạng đàn hồi, định luật là mô tả sự biến dạng co dãn về cơ của lò xo. Năm 1662, ông có một một gặp với tư cách là người phụ trách thí nghiệm ở Hiệp hội hoàng gia vừa được thành lập, và ông có trách nhiệm trình diễn những thí nghiệm đó trước toàn thể mọi người trong hiệp hội ở buổi gặp mặt đó.
Năm 1665, ông cho xuất bản cuốn sách có tựa đề là Micrographia (Phép khảo sát bằng kính hiển vi). Cuốn sách này bao gồm số lượng vật quan sát bằng kính hiển vi và kính thiên văn, và vài vật quan sát nguyên bản trong sinh học. Hooke đã tạo ra nhóm tế bào sinh học và gọi như vậy là vì sự quan sát của ông về tế bào thực vật nhắc ông nhớ tới cái am nhỏ của thầy tu gọi là "cellula". Ông thường công nhận những phát hiện của ông về tế bào, bởi vì mặc dù kính hiển vi của ông rất đơn giản, nghiên cứu bởi nhà khoa học người Anh Brian J. Ford, nó đã cho Hooke thấy được những tế bào. Vả lại, Ford cho thấy rằng Hooke là người sử dụng thấu kính đơn cực mạnh nhiều hơn những thấu kính khác để tạo ra vô số đề tài. Hooke còn nhận ra được rằng đoạn lời mở đầu ở đầu cuốn sách chứa đựng cách để chế tạo một chiếc kính hiển vi, và thiết kế của Hooke đã được một người Đức - cha đẻ của ngành vi sinh vật - Anton van Leeuwenhoek, sử dụng.

Năm năm trước khi Isaac Newton phổ biến tác phẩm “Nguyên Lý” trong đó có nói về lực vạn vật hấp dẫn, Robert Hooke đã trình bày một bài về lực hấp dẫn trong vũ trụ. Tới khi tác phẩm của Newton ra đời, Hooke cho rằng Newton đã dùng kiến thức của mình mà không nói rõ ra. Vì vậy giữa hai nhà khoa học này đã xảy ra sự xích mích chua chát. Thực ra Newton đã lập ra công thức cho lý thuyết của ông 10 năm trước khi tác phẩm “Nguyên Lý” được xuất bản. Vào năm 1676, Robert Hooke phổ biến định luật đàn hồi theo đó độ dãn của lò xo thì tỉ lệ với sức kéo. Cách đây nhiêù năm , cuộc đối đầu giữa Isaac Newton và Robert Hooke đã được đưa ra ánh sáng ( và rất có sức hút ) Newton , cuối cùng tránh được một cuộc đối đầu mới khi không chấp nhận xuất bản tác phẩm kính quang học trước cái chết cuả Hooke . Ông ta đã chết năm 1703 và thuyết quang học đã được xuất bản ngay năm 1704 kèm theo 2 chuyên luận toán học.Nhưng sự đối lập lớn nhất giữa Hooke và Newton là về nghịch đảo bình phương , Hooke không còn sở hữu định luật này , nhưng ông ta đã đề xuất ra sự nhận thức rõ ràng của vấn đề . Những ý kiến của ông Hooke thì hoàn toàn độc lập với ý kiến của Newton và Hooke cứ nài nỉ về quyền ưu tiên bằng cách buộc tội ông Newton là đã ăn cắp ý tưởng cuả Hooke . Nhưng ông Newton cho rằng đă không được biết những nghiên cứu tìm tòi cuả Hooke và không có đọc những công trình về sức hút của ông ta . Nhưng ngày nay , chúng ta biết rằng ông Newton đã noí dối , không phải vì ăn cắp bản quyền cuả Hooke mà là vì ông rất ghét Hooke .
Chiếc kính hiển vi được làm thủ công từ da thuộc và dụng cụ bằng vàng mà Hooke sử dụng để quan sát cho cuốn "Micrographia", được chế tạo bởi Christopher Cock ở Luân Đôn và được trưng bày tại Viện bảo tàng quốc gia về Thuốc và Sức khỏe tại Washington, DC. Và cũng trong năm 1665, ông đã gặp giáo sư môn hình học tại trường đại học Gresham. Hooke còn đạt được danh tiếng như là người lập bản đồ địa hình thành phố Luân Đôn và là phụ tá chính của Christopher Wren, giúp đỡ xây dựng lại thành phố Luân Đôn sau cơn đại hỏa hoạn năm 1666. Ông thiết kế Monument, Viện quan sát hoàng gia Greenwich và bệnh viện hoàng gia Bethlem đầy tai tiếng (còn được biết đến với cái tên "Bedlam")

3) Khi qua đời:
Ông mất tại Luân Đôn vào ngày 3 tháng 3 năm 1703. Ông đã tích lũy được một khoản tiền khổng lồ trong suốt thời gian ông làm việc ở Luân Đôn. Số tiền này được tìm thấy tại căn phòng của ông ở đại học Gresham sau khi ông mất. Và ông chưa từng kết hôn.

4)Không có chân dung:
Có vẻ như không có bất kì bức chân dung được xác nhận nào của ông còn tồn tại. Newton đã xúi giục người khác hủy bỏ hết tất cả những bức chân dung của ông tại Hiệp hội Hoàng gia. Năm 2003, nhà sử học Lisa Jardine đã cam đoan rằng những bức chân dung vừa được phát hiện gần đây là chân dung của Robert Hooke. Tuy vậy, giả thuyết của giáo sư Jardine sớm bị giáo sư William Jensen (Đại học Cincinnati) và nhà nghiên cứu người Đức Andreas Pechtl (Đại học Johannes Gutenberg, Mainz) bác bỏ. Thực ra, những bức chân dung đó là của Jan Baptist van Helmont. Con dấu được Hooke dùng thể hiện chân dung hồ sơ cá nhân của đầu một người đàn ông, mà người ta tranh cãi rằng đó chính là chân dung của Hooke. Lời tuyên bố của cả hai vẫn còn đang tranh cãi. Hơn nữa, tranh in chìm ở đầu sách trong lần in năm 1728 cuốn bách khoa toàn thư của Chamber đã cho thấy như một tượng bán thân chi tiết đầy thú vị của Robert Hooke.

5) Kiến trúc sư Hooke:
Robert Hooke là một kiến trúc sư quan trọng. Ông là người vẽ bản đồ địa hình chính thức sau cơn Đại hỏa hoạn năm 1666, vẽ lại khoảng một nửa số mảnh đất trong thành phố. Cũng giống như bệnh viện hoàng gia Bethlem, những công trình kiến trúc khác được ông thiết kế bao gồm: Đại học Vật lý hoàng gia (1679); Hội trường Ragley ở Warwickshire; và nhà thờ xứ đạo ở Willen, Milton Keynes (Buckinghamshire lịch sử)
Sự cộng tác của Hooke với Christopher Wren đã đặc biệt sinh ra lợi nhuận và sinh ra Viện quan sát hoàng gia tại Greenwich, The Monument và thánh đường St Paul, những tòa nhà nguy nga này được dùng như là phương pháp xây dựng sáng chế bởi Hooke.

Trong lúc tái xây dựng lại thành phố sau cơn Đại hỏa hoạn, Hooke dự định tái thiết kế đường phố Luân Đôn thành dạng kẻ sọc caro với những đại lộ lớn và những nhánh đường dọc theo 2 bên Champ-Élysées (dạng đường này sau đó được Liverpool và rất nhiều thành phố ở Mỹ áp dụng), nhưng đã bị ngăn cản bởi vấn đề của quyền sở hữu tài sản. Rất nhiều tư sản đã lén lút thay đổi đường ranh giới và tranh cãi nổ ra khắp nơi. Vậy là đường phố Luân Đôn lại được xây lại theo kiểu trung cỗ cũ ban đầu.

6) Phương tiện truyền thông đại chúng:
Robert Hooke là một trong những nhân vật có thật có địa vị cao được đề cập đến trong cuốn tiểu thuyết phiêu lưu lịch sử The Baroque Cycle của tiểu thuyết gia người Mỹ Meal Stephenson; kĩ năng của Hooke trong khoa học và nghệ thuật giải phẫu được dùng làm hiệu quả tuyệt vời thông qua chiếc xe đạp.


(Nhà thờ ở Willen, Milton Keynes)

II. ĐỊNH LUẬT HOOKE:

1.Thí nghiệm: Dùng một lò xo và một số quả cân giống nhau rồi bố trí thí nghiệm như ở hình 12.2. Khi chưa treo quả cầu vào lò xo, lò xo chưa bị giãn và có độ dài tự nhiên (h.12.2a), khi treo quả cân (gọi là tải) có trọng lượng vào lò xo, lò xo giãn ra đến một mức nào đó thì dừng lại (h.12.2b).

Theo định luật III NiuTơn thì lực mà quả cân kéo lò xo và lực của lò xo kéo quả cân luôn có độ lớn bằng nhau và bằng .

Khi quả cân đứng yên ta có .

Treo tiếp 1, 2 quả cân vào lò xo (h.12.2c,d). ở mỗi lần, ta đo chiều dài của lò xo khi có tải và khi bỏ tải rồi tính độ giãn . Sau đó ghi các kết quả vào một bảng.Tù đó nêu lên những nhận xét và đưa ra kết luận.

2.Giới hạn đàn hồi của lò xo:
Thí nghiệm còn cho thấy, nếu trọng lượng của tải vượt quá một giá trị nào đó thì độ giãn của lò xo sẽ không còn tỉ lệ với trọng lượng của tải và khi bỏ tải đi thì lò xo không co được về đến chiều dài ban đầu nữa. ta nói, lò xo đã bị kéo giãn quá giới hạn đàn hồi của nó.

3. Định luật Hooke:
Khi nghiên cứu mối liên hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi với độ biến dạng (độ dãn hãy độ nén) (h.12.3) của lò xo ta có định luật Húc:

Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

(12.1)

Hệ số tỉ lệ gọi là độ cứng hay hệ số đàn hồi của lò xo. Khi cùng chịu một ngoại lực gây biến dạng, lò xo nào càng cứng thì càng ít bị biến dang, do đó hệ số càng lớn.

Ta có đơn vị của độ cứng là N/m.

4. Chú ý:
a) Đối với dây cao su hay dây thép, lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi bị ngoại lực kéo dãn. Vì thế trong trường hợp này lực đàn hồi được gọi là lực căng, lực căng có điểm đặt và hướng giống như lực đàn hồi của lò xo bị dãn.
b) Đối với các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.

5. Một số kiến thức thêm:

Liên hệ lực đàn hồi theo biến dạng. Đa số lò xo tuân theo liên hệ tuyến tính giữa lực đàn hồi và biến dạng (định luật Hooke). Hệ số đàn hồi của lò xo được định nghĩa là hằng số k: (N/m) hay (Nm/radian) Với P hay C là lực (với lò xo kéo/nén) hay mômen lực (với lò xo quay); f hay θ là độ co giãn hay góc quay. Nghịch đảo độ cứng, 1/k, là độ dẻo. Thực tế nhiều ứng dụng đòi hỏi các lò xo có liên hệ giữa lực và biến dạng không tuyến tính. Bảng dưới tóm tắt các trường hợp cơ bản. Tuyến tính Các lò xo có đặc tính gần với định luật Hooke nhất là các lò xo xoắn ốc với rất nhiều vòng xoắn, dùng trong các thiết bị đo hay trong đồng hồ. Gần tuyến tính Đây là các lò xo thông dụng trong công nghiệp, tuân thủ gần đúng định luật Hooke ở những biến dạng nhỏ hay trên các đoạn nhỏ chứ không trên toàn bộ lò xo. Các lò xo sản xuất đại trà, dù cùng lô sản xuất, cũng có thể có tính chất thay đổi mạnh từ cái này đến cái kia, với độ cứng có thể thay đổi đến 20%. Tuyến tính lệch Để làm biến dạng loại lò xo này, lực tác động cần vượt qua một ngưỡng nhất định. Sau ngưỡng đó, biến dạng là gần tuyến tính với lực. Phi tuyến dương tính Đối với dạng này, biến dạng lớn đòi hỏi lực lớn hơn là quan hệ tuyến tính. Trung tính hay Âm tính Các lò xo kiểu này có thể là tấm sắt bị hút bởi nam châm.

Trong trường lực của nam châm, khi tấm sắt bị đẩy ra xa, lực hút giảm. Biến đổi Loại lò xo này có thể được ứng dụng trong các phím bấm. Chúng tạo nên các tín hiệu bấm chính xác, và cảm giác giác sử dụng thuận tiện. Không hồi phục Loại lò xo này giữ nhiều trạng thái nghỉ, và chuyển từ trạng thái này sang trạng thái kia khi biến dạng vượt qua một giới hạn nhất định. Trong giới hạn, biến dạng vẫn có thể hồi phục.

Phần lớn các hiện tượng trong tự nhiên đều có liên hệ với sự biểu hiện của một tính chất đặc biệt của các vật vĩ mô do các hạt đó tạo thành – đó là sự có mặt của điện tích ở trong chúng. Các hiện tượng đó gọi là hiện tượng điện và hiện tượng từ.

Nghành khoa học điện từ có thể nói là nghành cơ bản hoàn chỉnh cuối cùng của Vật lý học cổ điển. Nhưng những hiểu biết của con người về điện và từ có thể nói là rất sớm.

Người Hylạp cổ đã làm quen với những hiện tượng điện rất sớm, khoảng 4500 năm về trước, tức là khoảng thiên niên kỷ thứ III trước Công Nguyên. Những hình ảnh của cá nheo điện (loài các sống ở thượng nguồn sông Nil) trên tượng đất ở Xoka đã chứng minh điều này. Họ cũng biết được rằng hổ phách khi cọ xát có khả năng thu được điện tích và hút được các vật nhẹ. Đócó thể là phát hiện của Phalet Mile.

Các thầy thuốc khoảng năm 600 trước Công Nguyên chính là những người sử dụng “điện” trong thực tế sớm hơn cả. Thầy thuốc nổi tiếng của Roma Ch’Galie đã dùng điện của một con Rái cá biển để chữa bệnh cho con người. Ở Địa Trung Hải, người Roma biết về một loại cá đuối tương đối lớn có cách kiếm ăn rất kỳ lạ: Không đuổi theo con mồi, cũng không nhảy ra từ chổ nấp mà chúng chỉ nằm yên một chỗ chờ con mồi đi ngang qua, lập tức con mồi run rẫy lên và chết trong nháy mắt. Người Roma cho rằng những con cá này đã tiết ra “một chất độc” nào đó vào con mồi làm cho nó chết ngay. Họ xem “chất độc” này là một liều thuốc hữu hiệu để chữa bệnh nên tìm cách bắt và đem loài cá này về nuôi. Đó chính là những hiểu biết đầu tiên của con người về điện.

Cùng lúc đó con người cũng đã biết về từ.

Thế kỷ III trước Công Nguyên, người Trung Quốc đã biết tính chất hút đẩy của nam châm và đã sử dụng nam châm như một la bàn. Mặc dù rằng chiếc la bàn đầu tiên có cấu tạo rất đơn sơ, nhưng nó đã có ích lợi cho con người trong việc xác định phương hướng. Sự tiến bộ của người Trung Quốc không chỉ vì họ phát hiện được đặc tính cơ bản của nam châm mà ở chỗ họ đã biết sử dụng nó, biết vận dụng nó vào đời sống dù rằng họ chưa thể biết được tại sao lại như vậy.

Khi phát hiện ra được những hiện tượng điện và từ, vấn đề đặt ra cho con người là : Chúng xảy ra như thế nào, bản chất ra sao và chúng có liên hệ gì với nhau hay không?

Đó qủa thật là một vấn đề hết sức phức tạp, một câu hỏi hóc búa sẽ làm đau đầu các nhá bác học của biết bao thế hệ! Ngay cả các nhà bác học thời cổ đại cũng đã bắt tay vào nghiên cứu. Điển hình là Thalet (624 – 547 TCN), nhà toán học cổ Hylạp và nhiều nhà bác học của các thời kỳ liền sau đó.

Mãi cho đến thế kỷ XIII, đã có một số nghiên cứu lý thuyết về điện và từ. Đó là công trình “bàn về nam châm” của Pierre Pelerine De Maricourt đã đặt cơ sở cho Từ học và phương pháp thực nghiệm. Ông công bố tác phẩm này vào năm 1269, đánh dấu sự nghiên cứu lý thuyết đầu tiên về hiện tượng từ mặc dù nó đã được mô tả trước đó bởi một người Anh là Alexander Neckam, (1157 – 1217).

Lúc bấy giờ, khi tham gia quân đội của Charles xứ Angle, P.De Maricourt đã giải thích cách xác định các cực của nam châm, cách gây ra từ tính ở một miếng sắt bằng cách cọ xát nó với một nam châm và mô tả sự đẩy giữa các cực giống nhau, cũng như thí nghiệm về “nam châm bẽ đôi”. Các quan điểm của ông vẫn còn mang dấu ấn của học thuyết Aristote : hiện tượng cảm ứng từ ở sắt được ông giải thích là do nam châm đã “thực tế hóa” hiện tượng từ tồn tại ở sắt dưới dạng “tiềm năng”. Trong khi nghiên cứuđịnh hướng của kim địa bàn, ông cho rằng : Sự định hướng đó là do sự tích tụ của các quặng sắt có từ tính ở cực Bắc. Ông cũng mô tả chính xác các địa bàn có trục thẳng đứng hoặc kim nam châm nổi đặt ở tâm một bảng chia độ có 360 độ chia. Như vậy, P.D.Maricourt đã đưa ra được cách giải thích về sự lệch của các kim nam châm và phần nào nói đến địa từ.

Tuy nhiên hiện nay có nhiều cách giải thích khác nhau về địa từ nhưng cách giải thích của ông đã rất tiến bộ trong thời kỳ này. Nhưng thật đáng tiếc, Maricourt sống một cách cô lập và tác phẩm của ông không hề được sử dụng xứng đáng với giá trị của nó. Điều đó chúng ta cũng dễ hiểu bởi vì ông sống vào thời điểm khắc nghiệt nhất của giai đoạn gọi là “ Đêm trường trung thế kỷ”.

Cũng ở thế kỷ này, chiếc la bàn hoàn chỉnh đã ra đời và nó được sử dụng rộng rãi vào nghành hàng hải ở phương Đông và Địa Trung Hải.

-Trang Sỹ Dũ

Như vậy, hiện tượng điện từ đã được con người biết đến từ rất lâu đời và họ cũng đã đặt vấn đề nghiên cứu nó. Nhưng gần hơn 4000 năm liên tục, nó không phát triển được gì ngoài những nghiên cứu độc lập của Thalet, D.Maricourt. Trong suốt khoảng thời gian ấy, con người cũng chỉ biết được một điểm chung duy nhất của điện và từ đó là “ điều bí ẩn” của tự nhiên, không thể giải thích nổi.

Chúng ta cũng nhớ lại rằng, thời kỳ từ thế kỷ thứ III trước Công Nguyên đến tận thế kỷ XV là thời kỳ thống trị của Thiên Chúa giáo dựa trên những giáo điều hạn chế và tư tưởng của “vị thần” Aristote. Con người chỉ tin vào nhưng điều mà Aristote nói, họ xem đó là chân lý của tự nhiên. Chính vì thế, cũng như các ngành khoa học khác, Điện từ học không tiến triển được gì hơn. Quan niệm của con người về điện và từ ở thế kỷ XV – XVI không khác gì lắm so với con người thời cổ đại.

Mãi đến thế kỷ XVII, điện và từ mới có sự biến đổi trong quan niệm con người. Thời kỳ này, Thiên Chúa giáo đã nhìn thấy được những sai lầm trong giáo điều của mình, họ đã có thiện cảm với những điều chỉnh hợp lý hơn và bắt đầu có thiện cảm với những phát minh khoa học, điều đó là một liều thuốc kích thích mạnh mẽ nhất cho các nhà bác học bước vào lĩnh vực nghiên cứu.

Với sự ra đời Vật lý học thực nghiệm mà cha đẻ ra nó là nhà bác học thiên tài người Ý Galileo (1564-1642). Ông đã đặt nền móng và tầm quan trọng của thực nghiệm trong Vật lý học. Dựa vào đó, khoa học đã có bước tiến đáng kể chỉ trong thời gian ngắn sau đó. Đặc biệt là cơ học Newton đã thành công rực rỡ. Khi ấy, điện, từ thu hút được sự chú ý của nhiều nhà bác học, song cũng chưa có gì phát triển đáng nói ngoài công trình đặc biệt có ý nghĩa quan trọng của Gilbert vào đầu thế kỷ XVII.

Năm 1600 William Gilbert (1540-1603) người Anh đặt cơ sở ban đầu cho Điện từ học. Lần đầu tiên ông tập hợp tất cả các kết qủa nghiên cứu được về điện và từ trước đó, cùng với những nghiên cứu của mình, Gilbert cho ra đời tác phẩm “Nói về nam châm, các vật thể có từ tính và khối nam châm khổng lồ của trái đất”.

Trước Gilbert, người ta cho rằng các cực của kim nam châm hướng về các cực của trời. Trong tác phẩm của mình, Gilbert cho rằng trái đất chính là một nam châm khổng lồ, và kim nam châm của la bàn hướng về cực của trái đất vì bị cực đó hút giống như các cực của các nam châm hút nhau.

Điều này đã được P.D.Maricourt nói đến trong tác phẩm “Bàn về nam châm”, nhưng có điều khác biệt Gilbert đã không dựa trên nền tảng là học thuyết của Aristote.

Trong tác phẩm của mình, Gilbert cho rằng cực Bắc của trái đất gần đúng là từ cực âm và cực Nam gần đúng là từ cực dương. Chúng ta cũng nên hiểu rằng, âm – dương chỉ là sự quy ước, nhưng một khi quy ước đó được xác định thì chúng cho phép chúng ta xác định tên các cực trong bất kỳ trường hợp nào khác. Một kim nam châm đặt trên một trục thẳng đứng cũng tuân theo một quy luật. Tức là chiếc kim đó hướng cực dương của nó về phía cực Bắc, nghĩa là cực âm của trái đất. Còn cực âm thì hường về phía cực Nam của trái đất. Chính điều đó đã tạo cho chiếc la bàn một điều kỳ diệu trong việc xác định phương hướng của con người.

Gilbert cũng tự chế tạo một nam châm hình cầu mà ông gọi là “Terralla” (trái đất nhỏ) bằng cách đẻo một qủa cầu bằng quặng từ tính. Và ông đã nghiên cứu tương tác của một kim nam châm nhỏ với “Terralla” đó. Nhưng ông đã lầm lẫn khi coi các cực của “terralla” cũng là các địa cực. Chính điều này khiến Gilbert gặp bế tắc khi có người hỏi “Kim nam châm chỉ như thế nào khi ta cho địa bàn đến một trong hai cực của trái đất?” và Gilbert đã trả lời không chính xác. Ngày nay, ta biết rằng địa cực nằm lệch với cực của trái đất, chứ không trùng như Gilbert đã trình bày. Và nếu như kim nam châm được đặt tại cực Bắc thì cả hai đầu kim nam châm đều chỉ về hướng Nam. Điều đó cũng dễ hiểu, bởi vì nếu ta đang ở cực Băc, nếu đi dọc theo kinh tuyến thì bất kỳ kinh tuyến nào cũng dẫn ta về cực Nam. Và khi đưa kim nam châm về cực Nam thì chắc chắn, cả hai cực của kim nam châm đều chỉ về hướng Bắc.

Một điểm đáng lưu ý là Gilbert thấy được rằng không thể tách rời hai cực của một nam châm khi bẻ gãy chúng mặc dù bản chất của hiện tượng còn chưa rõ. Đặc biệt là Gilbert chứng minh được điều này bằng thực nghiệm, ông tiến hành thí nghiệm như sau:

Treo một thanh nam châm nằm ngang tại một điểm giữacủa nó. Đưa một thanh khác lại gần và ông nhận thấy có sự tương tác giữa hai thanh này. Khi đưa dọc từ đầu này đến đầu kia thì thấy lực tương tác giảm dần khi đi vào giữa điểm treo. Và tại điểm treo không có tương tác, đó chính là vị trí phân chia hai cực của nam châm. Tiếp theo là ông thí nghiệm với thanh nam châm bị bẽ gãy làm hai phần bằng nhau, thì thấy kết qủa cũng tương tự như trên. Như vậy, ông kết luận rằng không thể tách rời hai cực của một nam châm.

Không chỉ thế, Gilbert chứng minh được rằng không những hổ phách mà còn nhiều chất khác nữa cũng hút các vật nhỏ khi bị cọ xát như : kim cương, xi gắn diêm sinh, phèn chua…Vàông gọi chúng là những “vật điện”, còn những vật không có tính chất đó thì ông gọi là “ vật không điện”.

Gilbert còn nhận thấy, các lõi sắt sẽ tăng cường được tác dụng từ và nhận xét được cảm ứng điện từ, điều đó ở thế kỷ XIX được Faraday chứng minh bằng thực nghiệm.

Có thể nói Gilbert là người đầu tiên nghiên cứu các hiện tượng điện và từ một cách có hệ thống và tương đối kỹ lưỡng .Ông đã dùng thực nghiệm để chứng minh những điều mình đưa ra. Chính những điều đó đã đưa tác phẩm của Gilbert trở thành một mốc quan trọng của lịch sử phát triển Điện từ trường. Nhưng khi so sánh các hiện tượng điện và từ ông đã đi đến một kết luận: ”chúng hết sức khác nhau và không có liên quan gì đếnnhau cả”. Quan niệm này đã đứng vững trong khoa học suốt 200 năm, cho đến khi Oersted phát minh ra sự tương tác của dòng diện lên kim nam châm.