تاريخ نظرية الكهرطيسية
القرن 18 > أواخر القرن 18

كثيرا ما يتم الخلط في بنيامين فرانكلين كشخصية لامعة في مجال الكهرباء. فقد نال كلا من وليام واتسون وبنيامين فرانكلين حصتهما في اكتشاف إمكانيات الكهرباء. فبنجامين فرانكلين عزز من استقصاءاته ونظرياته في الكهرباء من خلال تجربته الطيارة والمفتاح سنة 1752، فقد أطلق في الفضاء قبيل اقتراب العاصفة طائرة ورقية مصنوعة من الحرير لها طرف معدني، وبلل الخيط الممسك بها حتى يزيد من قدرته على توصيل الكهرباء. وبينما قبض على الخيط بإحدى يديه، أخذ يدلك الخيط بمفتاح حديدي أمسكه بيده الأخرى. وحدث ما توقعه: فقد تطاير الشرر بين الخيط المبلل بالماء والمفتاح الحديدي، وقد أثبت تلك التجربة أن هناك علاقة بين البرق والكهرباء. وقد الهمته تلك التجارب باختراع مانعة الصواعق. وإن كان لم يعرف بالتحديد من هو صاحب فكرة الكهرباء الإيجابية والسلبية، فهي ما بين فرانكلين (متواتر بشكل أكثر) أو ابنيزر كنرسلي من فيلادلفيا (الأقل تواترا).
كانت النظريات عن طبيعة الكهرباء في تلك الفترة غامضة جدا، وكذلك كانت النظريات السائدة متناقضة نوعا ما. وقد اعتقد فرانكلين أن الكهرباء هو سائل غير قابل للوزن أو القياس ويتخلل كل شيء، ويكون في الحالة الطبيعية متوزع بشكل موحد على جميع المواد. وقد افترض أن سبب المظاهر الكهربائية التي تحدث جراء فرك الزجاج هو إنتاج فائض من السوائل الكهربائية في تلك المادة، وكذلك المظاهر التي تنتج من فرك الشمع سببها نقص في نفس السائل. وقد اصطدمت تلك النظرية «بنظرية السائلين» لصاحبها شارل دو فاي سنة 1733. فنظرية دو فاي ترى أن كهرباء الزجاجي والراتنجي هما سائلين غير قابلين للوزن أو القياس، ويتكون كل سائل كهربائي من جسيمات طاردة بالتبادل مع جسيمات القوس الكهربائي المعاكس الجاذبة. فعندما يتوحد كلا السائلين بسبب جاذبية بعضهما البعض فسينعدم تأثير ذلك على الأجسام الخارجية. ففرك جسم ما يسبب بتحلل أحد السائلين وسيكون فائضا على الجسم مما يظهر نفسه على أنه إما كهرباء زجاجي أو راتينجي.
في ذلك الوقت من تجربة فرانكلين التاريخية على طائرة ورقية، فإن معرفة الكهرباء قد تطورت بالفرك وبالآلات الكهربائية (كهرباء الاحتكاك)، لكن حالة البرق لم تبرهن بعد. وقد اقترح كلا من الدكتور وال وأبوت نوليت وهاوكسبي وجراي وونكلر بوجود تشابه فعلي بين ظاهرتي «الكهرباء» و«البرق»، فقد ألمح غراي بأنهما يختلفان فقط في المرتبة. ومما لا شك فيه أن فرانكلين هو أول من قرر عمل اختبارات لتحديد التشابه بين تلك الظاهرتين. فقد أشار فرانكلين إلى تجربة طائرته الورقية في رسالته إلى بيتر كوملسون في لندن يوم 19 أكتوبر 1752 قائلا:«في تلك النقطة قد تشحن قارورة ليدن؛ مما ينتج منها نار كهربائية وبالتالي فزيادة نشاطها قد يؤججها، وتتكون جميع التجارب الكهربائية الأخرى عن طريق فرك كرة زجاجية أو انبوب، وبتلك الطريقة يظهر جليا التشابه بين حالتي الكهرباء والبرق». فقد حصل داليبارد في مارلي بالقرب من باريس يوم 10 مايو 1742 على نتائج مماثلة لتلك التي سجلها فرانكلين، وذلك بتثبيت قضيب حديدي طوله 40 قدما بشكل عمودي. فإن كانت تجربته سابقة لزمن تجربة فرانكلين، لكن أهمية برهان فرانكلين في التشابه بين كهرباء الاحتكاك والبرق قد اعطت نكهة ودفعة قوية لجهود أصحاب التجارب في هذا المجال في فترة النصف الآخر من القرن الثامن عشر للمضي قدما في تطوير هذا المجال من العلوم.
ساعدت ملاحظات فرانكلين العلماء الذين أتوا لاحقا أمثال مايكل فاراداي ولويجي جالفاني وألساندرو فولتا وأندري ماري أمبير وجورج سيمون أوم والذين كانت أعمالهم هي الأساس لتقنية الكهرباء الحديثة. ولاقت أعمال كل من فاراداي وفولتا وأمبير وأوم التقدير والاحترام من المجتمع، وذلك بأن سميت بأسمائهم وحدات القياس الأساسية الكهربائية. بالإضافة إلى أن آخرون قد طوروا حقل المعرفة بمن فيهم واتسون وبوز وسميتون ولومونكر وديروماس وجالبرت وبكاريا وكافالو وجون كانتون وروبرت سيمر وغيرهم الكثير. وكان هنري إيليس من أوائل الذين اقترحوا بوجود ارتباط بين الكهرباء والمغناطيسية. فقد ادعى سنة 1757 أنه قد خاطب الجمعية الملكية في 1755 حول وجود صلة بين الكهرباء والمغناطيسية، مؤكدا ان «هناك أشياء في قوة مغناطيسية مشابهة جدا لتلك الموجودة في الكهرباء» لكنه «لا يعتقد بأي حال من الأحوال بأنهما نفس الشيء». ثم ادعى أيضا في 1760 بأنه في سنة 1750 كان أول «من فكر في كيفية ان تكون النار الكهربائية هي سبب ظهور الرعد». ومن بين أكثر التجارب والأبحاث الكهربائية أهمية في هذه الفترة كانت من فرانز أيبينوس الباحث الألماني الشهير (1724-1802) وهنري كافيندش من لندن، انكلترا.
نال أيبينوس الفخر في أنه أول من صور مشهد العلاقة المتبادلة بين الكهرباء والمغناطيسية. في كتابه "Tentamen Theoria Electricitatis et Magnetism" المطبوع في سان بطرسبورغ سنة 1759. بحيث اعطي شرح مسهب لنظرية فرانكلين، ومن ميزاته الشكل المحسوس حسب وجهات النظر الحديثة: «تطرد جزيئات السائل الكهربائي بعضها البعض، وتجذب وتجذبها جسيمات من جميع الأجسام بقوة تقل عند زيادة المسافة؛ فالسائل الكهربائي موجود في مسام الأجسام ويتحرك بسهولة خلال موصلات غير الكهربائية ولكن حركته صعبة في العوازل، ويحدث ظهور الكهرباء بسبب عدم المساواة في توزيع هذا السائل في الجسم أو مقاربة أجسام غير متكافئة الشحنة مع السائل». صاغ أيبينوس نظرية مشابهة للنظرية المغناطيسية باستثناء ما قال أن تلك السوائل تعمل في جزيئات الحديد فقط عند حدوث الظاهرة المغنطيسية. وقد قدم أيبينوس عددا من التجارب الكهربائية، ومن بينها تلك التجارب التي تظهر الآثار الكهربائية على التورمالين حيث يتطلب أن تسخن إلى درجة حرارة ما بين 37.5 C° و 100 C°. في الواقع فإن التورمالين هو غير كهربائي عند درجة الحرارة منتظمة، لكن الخصائص الكهربائية تظهر عند ارتفاع أو هبوط في درجة الحرارة. وتسمى الخصائص الكهربائية التي تظهرها البلورات بهذه الطريقة بكهربية حرارية، ومن ضمنها كبريتات الكينون والكوارتز إضافة إلى التورمالين.
لكافنديش تصور مستقل عن نظرية الكهرباء وقريبة الشبه لما عند أيبينوس. وربما كان في سنة 1784 أول من استفاد من شرارة كهربائية لإنتاج انفجار لهيدروجين واوكسجين في نسب المناسبة لإنتاج مياه نقية. وهو نفسه الذي اكتشف كفاءة الحث للعوازل الكهربائية، وفي أوائل 1778 حاول قياس كفاءة الحث المحددة لشمع العسل ومواد أخرى عند مقارنتها مع مكثف الهواء.
في سنة 1784 ابتكر كولوم -والذي سميت باسمه وحدة كمية الكهرباء- الميزان الملتوي التي من خلاله ظهر ما يعرف بقانون كولوم؛ حيث تتناسب القوة المبذولة بين جسمين كهربائيين صغيرين تناسبا عكسيا مع مربع المسافة، ليس عكسيا مع المسافة فقط كما افترض أيبينوس في نظريته عن الكهرباء، وتطابق تقريبا لنظرية كافنديش «الجسيمات تنجذب وتتنافر حسب القوة التي تكون أقل من مكعب المسافة».
مع ظهور الاكتشافات مثل تجارب واتسون وغيرها تبين أنه يمكن للكهرباء أن تنتقل إلى مسافات بعيدة، بدأت فكرة الاستخدام العملي لتلك الظاهرة حوالي سنة 1753، من هؤلاء الأشخاص الفضوليون والمفتونين بها، ولتحقيق غاية كانت تتطلع بتوظيف صناعة الكهرباء في نقل المعلومات الاستخبارية. وربما كانت أول طرق الاستنباط لهذا الغاية هي طريقة بيسيج سنة 1774. حيث تحتوي طريقة التشغيل تلك من 24 سلك معزولة عن بعضها البعض ووضع نهاية كل سلك داخل كرة، ويمثل كل سلك منها حرف أبجدي. ولإرسال الرسائل يشحن السلك المطلوب لحظيا بالكهرباء عن طريق جهاز كهربائي وعندها سينفجر باطن الكرة المتصل بالسلك، وبتلك الطريقة يكون قد تم إرسال الرسائل. وقد جربت وسائل أخرى للإبراق تعمل بكهرباء الاحتكاك.
الكهرباء الوحيدة المعروفة إلى الآن هي الناشئة من الاحتكاك أو الفرك وقد كانت تسمى بكهرباء الاحتكاك. وسنبدأ الآن بالولوج إلى عصر الكهرباء كلفاني أو فلطائي. فقد اكتشف فولتا أنه بالإمكان استخدام التفاعلات الكيميائية لإنشاء أنود موجب شحنة وكاثود سالب الشحنة. فعندما يوضع موصل بينهما فإن فرق الجهد الكهربائي (المعروف أيضا باسم الجهد الكهربائي) سيحرك تيارا بينهما، ويسمى قياس فرق الجهد بين نقطتين بوحدة فولت وذلك اعترافا بجهود فولتا.
وأول ذكر للكهرباء الفولطية وإن لم يعترف بها بعد في ذلك الوقت، كانت عن طريق سولزر  سنة 1767، وذلك بأن وضع قرص صغير من الزنك تحت لسانه وقرص آخر من النحاس فوقه، فأحس بطعم متميز عندما تلامست حافتا المعدنين. فافترض سولزر أنه عندما تكون المعادن معا فإنها تؤدي إلى نوع من الارتعاش، وتلك تؤثر على أعصاب اللسان مما ينتج هذا الانطباع. وفي سنة 1790 وعندما كان البروفيسور جالفاني البولوني يجري تجارب على «كهرباء الحيوانية» كما أسماها، تحول انتباهه إلى انكماش عضلة فخذ الضفدع عندما لامستها الكهرباء، فلاحظ أن هناك تشنجات حية وبدون أي سبب جوهري قد خضعت لها عضلات الضفدع المعلقة على حاجز الحديد بخطاف نحاس ومرورا بالعمود، ومع غياب أي آلة كهربائية.
لتفسير تلك الظاهرة افترض جالفاني أن هناك أنواع أخرى من الكهرباء موجودة في أعصاب وعضلات الضفادع؛ فالعضلات والأعصاب شكلت كطلاء مشحون لجرة ليدن. وقد نشر جالفاني نتائج اكتشافاته إضافة إلى فرضياته، والتي جذبت بسرعة اهتمام علماء الفيزياء في ذلك الوقت، وأبرزهم أستاذ الفيزياء في بافيا الكسندر فولتا الذي اعتبر أن النتائج التي لاحظها جالفاني كانت بسبب وجود معدني النحاس والحديد وعملا كمحرك كهربائي وأن عضلات الضفدع لعبت كجزء من الموصل لإستكمال تلك الدائرة. هذا ما أدى إلى جدال بين أتباع تلك الفكرتين المتناقضتين، إحدى المجموعتين اعتنقت فكرة فولتا القائلة أن التيار الكهربائي كان نتيجة لقوة محركة كهربائية لاتصال المعدنين. أما المجموعة الأخرى فقد اعتمدت تعديل فكرة جالفاني وتؤكد بأن التيار كان سببه تقارب أو تشابه كيميائي بين المعادن وأحماض النسيج. وقد كتب مايكل فاراداي في مقدمة أبحاثه التجريبية ردا لمسألة ما إذا كان الاتصال المعدني منتج أو غير منتج لجزء من طاقة الكهرباء للنسيج الفولطائي: لا أرى أي سبب حتى الآن لتغيير الرأي الذي ذكرته؛... لكن النقطة نفسها لها من الأهمية بمكان بحيث أعتزم في أول فرصة تجديد البحث وإذا كنت أستطيع تقديم البراهين إما على هذا الجانب أو الجانب الآخر بحيث لايمكن لأحد انكارها.
ومع ذلك فحتى فاراداي نفسه لم يتمكن من حل تلك الخلافات، ومع ما مر من تعديلات على آراء كلا الجانبين في هذه المسألة، إلا أنه لا تزال تبرز تحقيقات واكتشافات تطالب إلى يومنا هذا بالتنوع في الرأي حول هذه النقاط. فقد عمل فولتا عدة تجارب لدعم وتطوير نظريته والتي هي بالأساس تطوير التفاعل أو البطارية التي كان مقدمة لجميع البطاريات الكيميائية لاحقة، وامتلكت الجدارة المتميزة لكونها الوسيلة الأولى التي يتم من خلالها الحصول على الكهرباء ولفترات طويلة متواصلة. ونقل فولتا تصوره لشكل البطارية إلى الجمعية الملكية في لندن، وبعد ذلك بفترة قصيرة تمكن نيكلسون وكافنديش (1780) من إنتاج تحلل للماء بواسطة التيار الكهربائي وذلك باستخدام بطارية فولتا باعتبارها مصدرا للقوة المحركة الكهربائية.