TỪ CHIÊM NGƯỠNG ĐẾN HIỂU BIẾT
Thành tựu lớn nhất trong nghiên cứu điện và từ ở thế kỷ XVI là của William Gilbert (1544 - l603), vốn là thầy thuốc của nữ hoàng Anh Elizabeth I dòng họ Tudor: trong khảo luận ''Về nam châm, các vật nhiễm từ và nam châm khổng lồ Trái Đất'' (1600) ông đã tổng kết các công trình của người đi trước và kết quả nghiên cứu riêng trong 18 năm. Công lao của Gibert là đã cùng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên. Cơ sở của phương pháp là phân tích các sự kiện thu được từ thí nghiệm, đưa ra các giả thuyết thích hợp để giải thích chúng, còn để kiểm tra giả thuyết cần đặt ra các tục ngữ mới. Để thực hiện các phép đo chính xác Gilberf chế ra điện nghiệm hết sức đơn giản (electroscop) gồm mũi tên kim loại nhẹ quay trên mũi kim thẳng đứng y hệt cái kim la bàn. Nhờ dụng cụ ấy ông quan sát rằng rất nhiều loại vật thể.
Ông cũng là người đã đặt ra thuật ngữ ''điện'' (electricity, gốc tiếng Hy Lạp elektron = hổ phách, nhựa) vào năm 1600.
Trong khảo luận đã mô tả nhiều thực nghiệm với nam châm. Một kết luận đáng kinh ngạc nhất của Trái Đất là một nam châm khổng lồ. Sau này Galilei đã kể lại rằng điểm ấy từng gây cho ông ấn tượng lớn lao nó cho thấy rằng quá trình trên mặt đất và ngoài vũ trụ tuân thủ cùng một loại quy luật - cũng có nghĩa là những hiện tượng quy mô Vũ trụ có thể được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, mặt đất!
Những người kế tục Gilbert đã không ngừng hoàn thiện kỹ thuật nghiệm. Năm 1672 Otto von Guericke (1602 – 1686) đã xuất bản cuốn sách “Những thực nghiệm mới” với chân không - thực hiện ở Magdeburg'', trong đó mô tả chiếc máy điện đầu tiên: quả cầu bằng lưu huỳnh nóng chảy phủ một trục sắt của quả cầu. Dùng tay cọ xát quả cầu đang quay gây ra hiệu ứng điện rất mạnh. Một sợi dây gai nối tới nó sẽ có khả năng điện hóa (làm nhiễm điện) các vật thể khác. Vậy là người ta đã phát hiện được sự truyền điện đi xa, dù mới chỉ nửa mét. Mấy chục năm sau vào năm 1706, một người Anh là Francis Hauksbee (1666 - 1713) thay thế quả cầu lưu huỳnh bằng quả cầu thủy tinh và đạt hiệu ứng điện còn mạnh mẽ hơn nữa.
Nhờ các thành tựu của Guericke và Hauksbee mà các thực nghiệm về điện trở nên phổ cập rộng rãi và các phát minh mới đã không phải chờ đợi lâu. Năm 1729 Stephen Gray (1666 - 1736), người Anh đã nghiên cứu hiện tượng điện hóa qua sự ảnh hưởng (không có tiếp xúc trực tiếp) và truyền được khả năng điện hóa trên cự ly mấy trăm bộ (1 bộ (foot) = 30,48cm). Ngoài ra Gray quan sát thấy vật chất chia thành hai loại: vật dẫn điện có khả năng truyền điện và vật cách điện thì không có khả năng đó. Nhưng thành công lớn nhất trong việc hệ thống
hóa các kiến thức về các hiện tượng điện là do nhà vật lý Pháp Charles Francois de Cisternay du Fay (1698 - 1739) thực hiện. Ông lập ra cả một chương trình nghiên cứu các hiện tượng điện và kết quả là phát hiện ra hai loại điện: ''thủy tinh'' và ''nhựa (hắc ín)'' (ngày nay gọi là dương và âm), là người đầu tiên đã nghiên cứu các tương tác điện và chứng minh rằng các vật nhiễm điện cùng tên thì đẩy nhau, còn khác tên thì hút nhau. Trong thực nghiệm của mình du Fay đã sử dụng không phải là điện nghiệm mà là điện kế cho phép đo độ lớn của điện tích. Thuật ngữ ''chất dẫn điện (con-ductor)'' và ''chất cách điện (isola-tor)'' được nhà vật lý người Anh gốc Pháp Jean Théophile Désaguliers (1683 - l 744) đưa ra. Trước ông người ta gọi chất điện môi là ''vật thể điện'' đối ngược với vật dẫn là ''vật thể không điện'', vì không thể bị nhiễm điện bằng ma sát.
WILLIAM GILBERT, ''VỀ NAM CHÂM, CÁC VẬT NHIỄM TỪ VÀ NAM CHÂM KHỔNG LỒ TRÁI ĐẤT''. SINH LÝ HỌC MỚI ĐƯỢC MINH CHỨNG BỞI NHIỀU LUẬN CỨ VÀ THỰC NGHIỆM
Cuốn sách của W. Gillbert ''Về nam châm...'' (năm 1600) trở thành một trong những chuyên khảo đầu tiên của môn khoa học mới. Khác với khoa học kinh viện cũ, ỷ lại vào uy tín các lời trích dẫn của các bậc kinh điển cổ đại hay Kinh thánh, khoa học mới chỉ dựa vào quan sát, thực nghiệm và phép tính toán học. Xu hướng của cuốn sách được Gilbert phát biểu hùng hồn ở lời nói đầu, dành cho các độc giả nghiên cứu triết học về từ tính: “khi nghiên cứu các bí ẩn và khám phá nguyên nhân sự vật, nhờ vào những thực nghiệm chính xác và các luận cứ dựa trên đó, ta thu lượm những kết luận chỉ dựa vào biểu hiện có vẻ giống thật của mạnh mẽ hơn so với việc chỉ dựa vào biểu hiện có vẻ giống thật của những giả thuyết và vào ý kiến của các triết gia tầm thường; chúng tôi tự đặt ra mục tiêu lý giải các bản chất cao cả của khối nam châm lớn hoàn toàn chưa được biết đến, đó là vật chất phổ quát (Trái Đất) và của thứ lực to lớn và độc đáo của quả cầu này, bắt đầu từ các nam châm đá quặng và sắt được biết rộng rãi, các vật thể nhiễm từ và một phần Trái Đất gần gũi hơn cả với chúng ta, có thể sờ mó và cảm thụ được; sau đó tiếp tục với các thực nghiệm mắt thấy tay sờ với nam châm; và bằng cách ấy lần đầu tiên đi sâu vào phần bên trong của Trái Đất.
“Tôi lần đầu tiên trao cho quý vị - các triết gia chân chính, các tôn ông đáng trọng đang đi tìm tri thức không chỉ trong các sách vở, mà trong bản thân sự vật - những cơ sở khoa học về nam châm, một thứ triết học mới mẻ! Nếu vị nào không sẵn lòng với các ý kiến và các nghịch lý, thì xin họ để tâm đến số lượng lớn các sự kiện thực nghiệm và phát kiến (mà vốn nhờ nó mọi luận đểm triết học xám xịt trở nên tươi thắm. Chúng được nghĩ ra và thực hiện nhờ sự cố gắng lao tâm khổ tứ rất nhiều. Tôi hiểu thật khó mà làm cho một cái cũ thành mới, làm cái đục thành trong, làm bóng tối thành ánh sáng, biến chán nản thành say mê, biến mối nghi ngờ thành niềm xác tín, nhưng việc khẳng định và củng cố một luận điểm mới mẻ, chưa từng nghe, trái ngược với quan niệm của số đông, thì còn khó hơn muôn phần".
Khảo luận của Gilbert bao gồm hơn 600 thực nghiệm do ông thực hiện. Lý giải kết quả quan sát, nhà nghiên cứu đã thiết lập được rằng ở mỗi nam châm luôn có 2 cực: nam và bắc (dù cưa đôi nó ra cũng không thể thu được nam châm một cực), các cực cùng tên thì đẩy nhau, khác tên thì hút nhau. Khi nghiên cứu các tính chất từ của mô hình nam châm Trái Đất (quả cầu nhỏ chế từ sắt nhiễm từ) Gilbert đã phát minh một đều quan trọng: Hành tinh của chúng ta là một nam châm khổng lồ. Mũi kim nhiễm từ thu nhỏ luôn chỉ lên các “từ cực” của quả cầu mô hình, hệt như các la bàn trên mặt đất chỉ ra cực địa lý vậy!
Trong lời bình luận về khảo luận, một người đương thời đồng nghiệp của tác giả, Edward Right, đã nói về ''con người uyên bác và đáng kính, ngài William Gilbert, thầy thuốc kiệt xuất, cha đẻ triết học về từ tính''... những lời như sau: ''Cuốn sách về nam châm của Ngài sẽ làm tên tuổi Ngài sống mãi, là đài vinh quang huy hoàng trên bia mộ kỷ niệm của trí tuệ lớn lao''. Ta không thể không đồng tình với lời lẽ ấy!
SINH RA ĐIỆN NHƯNG KHÔNG PHẢI BẰNG MA SÁT
Phương pháp sinh điện bằng cách lấy tay cọ xát thì người Hy Lạp đã biết từ thời cổ đại. Đó là “sinh đến bằng ma sát”. Vì sao ma sát lại ''sinh ra điện?'', ''Thực chất thì cơ chế nào phát sinh ra điện?''... Năm 1969, nhà vật lý người Leningrad M. I. Cornfeld giải thích rằng ma sát ở đây có vai trò thứ yếu - nó thực sự chỉ cần thiết để tạo tiếp xúc gần gũi hơn của các bề mặt chất điện môi.
Các vật quanh ta, đương nhiên, là trung hòa về điện, nghĩa là các điện tích âm và dương trong nó hoàn toàn triệt liêu lẫn nhau. Vì chuyển động nhiệt và do phân bố electron theo vận tốc bên trong vật mà một bộ phận của chúng có động năng đủ để bứt ra ngoài mặt giới hạn của vật. Năng lượng ấy được gọi là công thoát nhiệt điện tử (At) và có giá trị khác nhau ở các vật thể khác nhau. Trên bề mặt vật thể và số điện tử rơi trở lại bề mặt vật thể hình thành khí electron. Lúc bình thường thì có sự cân bằng động; số điện tử bứt ra và số điện tử rơi trở lại bề mặt vật gần như bằng nhau. Khi một vật khác xáp gần bề mặt của vật tới một cự ly cỡ bề dầy lớp khí electron, d 
, thì bắt đầu xảy ra trao đổi electron giữa 2 bề mặt; chúng di chuyển từ vật có công thoát lớn hơn. Tách xa các vật ấy, xa hơn tầm đám khí electron, thì trên các vật dẫn (có độ linh động điện tích cao) sẽ không còn có điện tích nào, còn trên điện môi thì đến tích xuất hiện - bằng về độ lớn và ngược về dấu. Vì thế chính William Gibert gọi kim cương, thủy tinh, saphia, xi gắn, là vật điện, tương tự như hổ phách, còn tất cả các kim loại - là vật không điện.
Vì vậy sinh điện bằng ma sát là một điều ngộ nhận, đúng ra phải nói là sinh điện nhờ tiếp xúc các vật thể.
TỤ ĐIỆN
Lịch sử chế tạo tụ điện thường gắn với tên tuổi nhà vật lý Hà Lan, giáo sư đại học Leyden, Pieter Van Musschenbroek (1692 - 1761). Để chứa đựng điện tích ông dùng một chiếc bình chứa nước (chai Leyden).
Về sau chiếc bình chứa nước được thay bằng cái chai thủy tinh có các lớp bọc lót bằng kim loại ở phía trong và phía ngoài. Benjamin Franklin đã chế được tụ điện phẳng và để gia tăng hiệu quả ông nối song song chúng với pin. Các tụ điện phẳng với các tấm cực được cách li bằng các lớp mỏng thủy tinh, xi gắn, lưu huỳnh, hắc ín... do vị giáo sư trường Đại học Turin là Giovanni Battista Beccaria (1716 – 1781), tác giả công trình bách khoa toàn thư ''Về điện nhân tạo và điện thiên nhiên” (1753) chế tạo. Ông đưa ra khái niệm điện trở, là người đầu tiên chứng minh rằng trong vật dẫn điện các điện tích phân bố dọc bề mặt: Beccaria nhận ra rằng ở các tụ điện khác nhau thì ''khả năng tích lũy điện tích'' cũng khác nhau.
Năm 1756 viện sĩ Hàn lâm Peterburg người Đức, tên là Franz Ulrich Theodor Aepinus (1724 - 1802) khi chế tạo các tụ điện không khí đã chỉ ra rằng khả năng tích lũy của chai Leyden gắn liền khả năng ngăn cản chất lỏng điện xuyên thấm từ tấm điện cực này sang tấm kia.
BENJAMIN FRANKLIN
Ở Bảo tàng nghệ thuật hiện đại Paris có một bức tranh khổ lớn (60 x 10m2) ''Các tổ sư ngành điện của họa sĩ Pháp Rau Dudch, vẽ các bác học và nhà phát minh thuộc lĩnh vực điện, từ Thales tới Edison và Lorentz. Thu hút cái nhìn của người xem là chân dung Benjamin Franklin (1706 - 1790) nhà hoạt động chính trị và nhà nước, nhà ngoại giao, nhà giáo dục, một trong số tác giả Tuyên ngôn độc lập và Hiến pháp Hoa Kỳ, đồng thời là một nhà sáng chế, nhà vật lý Mỹ đầu tiên, với các thực nghiệm và phát minh được ca ngợi khắp Âu châu.
Tầm vóc hoạt động của Franklin thực là lớn lao. Ông giữ chức đại diện ngoại giao của thuộc địa Bắc Mỹ tại Anh, đại sứ Hoa Kỳ tạo Pháp, tham gia soạn thảo Hiệp ước Mỹ Pháp (1778) và Hiệp định hoà bình Versailles 1783. Năm 1785 Franklin làm chủ tịch Hội đồng lập pháp bang Pennsylvania.
Sự nghiệp của Franklin trong lĩnh vực giáo dục cũng không kém lớn lao: Philadelphia ông xuất bản tờ ''Nhật báo Pennsylvania'' bằng nhà in riêng, xây dựng thư viện cộng cộng đầu tiên ở thuộc địa Bắc Mỹ, lập ra Trường đại học Pennsylvania, lập Hội triết học Mỹ.
Là một bác học tự học Franklin không gắn bó gì với các trào lưu thời thượng và giáo điều thịnh hành trong giới khoa học thời bấy giờ.
Tìm hiểu ''Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên'' và ''Quang học'' của Newton, ông thấu triệt được không chỉ nội dung mà cả chính linh hồn của các tác phẩm vĩ đại ấy. Các thí nghiệm của Franklin rất mạch lạc về ý tưởng, đơn giản về cấu trúc nhưng rất thuyết phục về kết quả. Ông quan tâm rất nhiều vấn đề vật lý học khác nhau, từ sự dẫn nhiệt của vật rắn, nhất là ở kim loại, cho đến đo đạc vận tốc âm thanh trong không khí và nước. Nhưng nổi tiếng nhất là các nghiên cứu của ông về điện: sáng chế tụ điện phẳng (gồm 2 bản kim loại cách nhau một lớp điện môi), thu lôi, lò tiết kiệm Franklin, ngòi nổ điện...
Ông đi vào lịch sử khoa học như một nhà thực nghiệm biết “thu sấm sét từ trên trời”.
Năm 1752 Franklin đã chứng minh rằng ''điện trên trời'' có thể tích trữ lại giống như “điện dưới đất'', bằng cách thả diều có dây kim loại mảnh nối với chai Leyden. Ông cũng giải thích bản chất điện của sét, giải tỏa nghi vấn về bản chất khác nhau của điện khí quyển và điện dưới đất.
Khái niệm điện tích do ông đề xuất. Năm 1750 ông xây dựng lý thuyết nhất quán về các hiện tượng điện, công nhận tồn tại chỉ một chất điện (chứ không phải 2 chất lỏng điện như được phổ biến thời bấy giờ), dư thừa thì sinh điện dương, thiếu hụt thì gây điện âm ở vật thể. Tên tuổi của ông được biết đến rộng rãi ở Châu Âu. Tuy nhiên nhà nghiên cứu tự nhiên Pháp, tu viện trưởng Jean Antotine Nollet, một người ủng hộ "thuyết hai chất lỏng điện'' thì không tin tưởng ngay vào một Franklin nào đó ở Philadelphia xa xôi đang sống và thực hiện các thí nghiệm gây xôn xao dư luận... Công lao của Franklin với nước Mỹ thì không phải tranh cãi: ông được coi như một chuẩn mực có giá trị tài sản quốc gia Hoa Kỳ: chân dung con người phi thường ấy được in trên tờ bạc 100 đô la lưu hành hiện nay.
