Mobilen vækker dig præcis på det tidspunkt, du har indkodet i dens magnetiske hukommelseschip. Du tager elbilen til kontoret, hvor du tænder computeren og logger på serveren.
Efter fyraften har du en middagsaftale, men selvom det er uden for byen, finder du let vej vha. elbilens GPS, som trækker på mikrobølger fra satellitter.
Al den moderne teknologi, vi omgiver os med, og som vores samfund er dybt afhængigt af, kan spores tilbage til foråret 1820. Her opdager den danske fysiker Hans Christian Ørsted, at elektricitet og magnetisme er to sider af den samme naturkraft.
Men Ørsted selv er ligeglad med sin opdagelse og overlader det i stedet til andre at udnytte elektromagnetismens potentiale.
Ørsteds forsøg ændrede verden
I begyndelsen af 1800-tallet kendte forskerne magnetisme fra naturligt magnetiske sten, ligesom de vidste, at Jorden havde et magnetfelt, man kunne navigere efter ved hjælp af et kompas.
Elektricitet blev derimod opfattet som en mystisk kraft, der primært var biologisk – fx i elektriske ål – men som også kunne frembringe gnister og få en metaltråd til at gløde.
Hans Christian Ørsted mente, at strøm og magnetisme hang sammen. Og nu ville han bevise det.
Fem gennembrud banede vej for computerchips og MR-skannere
Selvom H.C. Ørsted opdagede elektromagnetismen, havde han ingen interesse i at undersøge, hvad hans opdagelse praktisk kunne bruges til.
I stedet overlod Ørsted det til sine videnskabskolleger at udforske elektromagnetismens fortræffeligheder.
1820: Magnetnål chokerer forskerverdenen
Den danske fysiker Hans Christian Ørsted opdager, at strøm genererer magnetfelter, der får en kompasnål til at slå ud. Ørsted beviser derved, at elektricitet og magnetisme er forbundet i én og samme naturkraft, som han døber elektromagnetismen.
1831: Elnettet tilsættes højspænding
Michael Faraday beviser, at magnetfelter kan frembringe elektricitet i en ledning. Fænomenet bliver døbt induktion og baner vejen for transformere, der leverer høj elektrisk spænding og gør det muligt at transportere vekselstrøm i et elnet over store distancer.
1865: Fænomenet bølger sig gennem rummet
Den skotske fysiker James Clerk Maxwell formulerer en samlet teori om elektromagnetisme, der slår fast, at elektromagnetiske felter udbredes gennem rummet som bølger. Felterne har forskellige bølgelængder, der giver dem særlige egenskaber.
1947: Transistor baner vejen for mikrochips
De amerikanske fysikere John Bardeen, William Shockley og Walter Brattain opfinder transistoren, der forstærker elektriske
signaler. I første omgang bliver opfindelsen udnyttet i små, billige radioer og senere i mikrochips, som er grundlaget for moderne IT.
1954: Superledere skaber ekstreme magnetfelter
Den amerikanske fysiker George Yntema konstruerer den første superledende elektromagnet, som kan frembringe ekstremt stærke og stabile magnetfelter. Superledere anvendes i dag i MR-skannere på hospitaler, i partikelacceleratorer og i eksperimentelle fusionsreaktorer.
H.C. Ørsted opstillede et forsøg i forelæsningssalen på Københavns Universitet. Forsøgsopstillingen bestod af zinkplader i et kobberkar med syre, som udgjorde et primitivt batteri.
Ørsted forbandt det negativt ladede zink og det positivt ladede kobber med en metaltråd, og en strøm løb gennem tråden. Herefter holdt han et kompas hen til den strømførende tråd.
Pludselig slog kompasnålen ud. Udsvinget skyldtes ifølge Ørsted, at strømmen havde skabt et magnetfelt, som lokalt var stærkere end Jordens.
Efter opdagelsen sendte Hans Christian Ørsted en rapport til videnskabsakademiet i Paris.
De franske fysikere indså straks, at hvis Ørsted havde ret, ville det ændre deres opfattelse af elektricitet totalt. Mange var skeptiske, men alligevel blev en demonstration arrangeret.
Da forsamlingen med deres egne øjne så kompasnålen slå ud, udbrød et vildt røre.
Forelæsningen var dårligt nok færdig, før den franske fysiker André Marie Ampère styrtede hjem og begyndte at eksperimentere som en besat.
I løbet af et par hektiske uger opdagede han, at en jernstang kan forvandles til en magnet ved at omgive stangen med en strømførende spole.
Opdagelsen blev startskuddet til, at forskere fra hele verden kastede sig over elektromagnetismen, som Hans Christian Ørsted døbte “den nye naturkraft”.
Fyrsten bygger elektromotor
H.C. Ørsted lagde sin opdagelse til side og gik i gang med nye projekter.
I stedet blev det den engelske fysiker Michael Faraday – kendt i sin samtid som “eksperimenternes fyrste” – som udnyttede elektromagnetismen og satte gang i en teknologisk revolution.
Allerede i 1821 demonstrerede Faraday princippet i elektromotorer. Han anbragte en stangmagnet i et kar med flydende kviksølv.
Herefter sænkede han en metaltråd ned i karret og sendte strøm igennem den, så et magnetfelt opstod.
Magnetfeltet omkring tråden reagerede med stangmagnetens magnetfelt, så metaltråden cirkulerede omkring magneten.
Opdagelsen banede vej for udviklingen af elektromotorer, hvor magneter får en akse til at rotere eller bevæge sig frem og tilbage.
Ti år senere udviklede Faraday en primitiv generator. Ved at han lod en metalskive rotere rundt i magnetfeltet mellem benene på en hesteskomagnet, opstod der en elektrisk strøm.
Generatoren åbnede op for storstilet anvendelse af elektriske maskiner i industrien og landbruget, og i dag er næsten al strømmen i vores elnet skabt i gigantiske generatorer.
Faradays største gennembrud kom dog, da han opdagede, at magnetfelter i bevægelse kunne skabe strøm i elektriske ledere.
I et simpelt eksperiment beviste Faraday det såkaldte induktionsprincip ved at flytte en magnet frem og tilbage i forhold til en kobberspole.
Magnetfeltets bevægelser inducerede elektrisk spænding og strøm i spolen.
Opdagelsen banede i første omgang vej for transformeren, som kan opnå høje spændinger og transportere store mængder strøm i elledninger til tusindvis af fabrikker og hjem. Senere fandt induktionen vej til kogeplader i almindelige hjem.
Elektromagnetisk princip koger dine kartofler
Under den keramiske kogeplade på dit induktionskomfur gemmer en strømførende spole sig. Spolen skaber et magnetfelt, der overfører en elektrisk strøm til gryden og tilbereder din mad.
Vekselstrøm sendes ind i en magnetspole
I et induktionskomfur er selve kogepladen en magnetspole, som ikke bevæger sig. Ved at vekselstrøm sendes igennem spolen, bliver de magnetiske poler konstant vendt, og et svingende magnetfelt opstår.
Elektrisk modstand udvikler varme
Det svingende magnetfelt reagerer med gryden på kogepladen og inducerer en strøm i grydens bund. Den elektriske modstand i grydens metal er så høj, at metallet opvarmes og tilbereder maden.
Magnetfeltet dør ud, hvis gryden fjernes
Induktion skaber et koblet elektromagnetisk nærfelt mellem kogeplade og gryde, som dør ud med stigende afstand. Derfor er kogepladen kun tændt lige under gryden og slukker øjeblikkeligt, når den løftes.
Magnetfelterne er bølger
Trods den praktiske succes var det først i 1865, at den skotske fysiker James Clerk Maxwell udviklede en samlet teori om den nye naturkraft.
Maxwell opdagede, at elektromagnetiske felter udbredte sig gennem rummet som bølger med lysets hastighed. Felterne havde forskellige bølgelængder og dermed forskellige egenskaber.
Maxwell formulerede et sæt ligninger, som beskrev bølgefunktionen af hele det elektromagnetiske spektrum – fra hidsig, kortbølget gammastråling over synligt lys til lange radiobølger.
Også hemmeligheden bag elektricitet blev langsomt opklaret, da den britiske fysiker J . J. Thomson i 1897 beviste, at strøm består af negativt ladede partikler, som blev døbt elektroner.
Efterhånden gik det op for fysikerne, at elektromagnetismen grundede i, at alle stoffer og atomer er opbygget af elektrisk ladede partikler. Når partiklerne er i bevægelse, skaber de magnetiske felter, som tiltrækker eller frastøder hinanden.
Elektromagneter fandt vej til skrotpladser i begyndelsen af 1900-tallet. Takket være kraftige magnetfelter kunne elektromagnetiske kraner løfte flere tons metalskrot.
Den fulde forståelse af elektromagnetismens natur kom dog først i 1913, da den danske fysiker Niels Bohr præsenterede sin atommodel: Ifølge Bohr omkredses atomkernen af elektroner i faste baner med bestemte energiniveauer.
Atomet kan sendes op i en højere energitilstand, hvis det absorberer en lyspartikel, kaldet foton eller lyskvant, med en energi svarende til forskellen mellem to baner.
Når atomet igen vender tilbage til grundtilstanden, udsender det en foton med en tilsvarende energi. Den såkaldte kvantemekanik driver alle fysiske og kemiske reaktioner, hvilket gør elektromagnetismen til livets naturkraft.
Fænomenet ses tydeligst i planternes fotosyntese, hvor energien i sollysets fotoner omsættes til plantevækst.
Men den selvsamme kvantemekanik udløser også de elektriske nervesignaler, som farer gennem din hjerne, mens du læser disse linjer.
Selvom det nu er 200 år siden, elektromagnetismen blev opdaget, er forskerne langtfra færdige med at udnytte dens potentiale.
Snart bliver din elektromagnetiske hverdag fri for ledninger, ligesom din elbil vil blive ladet op, mens den kører.