Historia odkrycia prawa indukcji elektromagnetycznej. Indukcja elektromagnetyczna

2.4. ODKRYCIE ŁUKU ELEKTRYCZNEGO I JEGO PRAKTYCZNEGO ZASTOSOWANIA Największe zainteresowanie ze wszystkich prac V.V. Petrova przedstawia swoje odkrycie w 1802 roku zjawiska łuku elektrycznego między dwiema elektrodami węglowymi połączonymi z biegunami źródła wysokiego

2.6. ODKRYCIE ZJAWISKA TERMOELEKTRYCZNOŚCI I USTANOWIENIE PRAW OBWODU ELEKTRYCZNEGO Dalsze badania zjawisk elektryczności i magnetyzmu doprowadziły do \u200b\u200bodkrycia nowych faktów. W 1821 r. Profesor Uniwersytetu Berlińskiego Thomas Johann Seebeck (1770-1831) studiował

3.5. ODKRYCIE OBRACAJĄCEGO SIĘ POLA MAGNETYCZNEGO I TWORZENIE ASYNCHRONICZNYCH SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH Początek nowoczesna scena w rozwoju elektrotechniki odnosi się do lat 90-tych XIX wieku, kiedy rozwiązanie złożonego problemu energetycznego dało początek przesyłowi mocy i

ROZDZIAŁ 5 Odkrycie elektromagnetyzmu i stworzenie różnych maszyn elektrycznych, które zapoczątkowały elektryfikację. Odkrycie działania "konfliktu elektrycznego" na igle magnetycznej W czerwcu 1820 r. W Kopenhadze opublikowano łacina mała broszura

Do tej pory rozważaliśmy pola elektryczne i magnetyczne, które nie zmieniają się w czasie. Stwierdzono, że pole elektryczne tworzą ładunki elektryczne, a pole magnetyczne - ładunki ruchome, czyli prąd elektryczny. Przejdźmy do poznania elektryki i pola magnetycznektóre zmieniają się w czasie.

Większość ważny fakt, który odkryto, jest najbliższym związkiem między polami elektrycznymi i magnetycznymi. Zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne, a zmieniające się pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne. Bez tego połączenia między polami różnorodność przejawów sił elektromagnetycznych nie byłaby tak rozległa, jak jest w rzeczywistości. Nie byłoby fal radiowych ani światła.

To nie przypadek, że pierwszy decydujący krok W odkryciu nowych właściwości oddziaływań elektromagnetycznych dokonał twórca koncepcji pola elektromagnetycznego - Faraday. Faraday był przekonany o pojedynczej naturze zjawisk elektrycznych i magnetycznych. Dzięki temu dokonał odkrycia, które później stało się podstawą do zbudowania urządzenia generatorów wszystkich elektrowni na świecie, przetwarzających energię mechaniczną na energię prądu elektrycznego. (Inne źródła: ogniwa galwaniczne, baterie itp. - dają niewielki udział w wytwarzanej energii.)

Prąd elektryczny, rozumował Faraday, może namagnesować kawałek żelaza. Czy z kolei magnes może indukować prąd elektryczny?

Przez długi czas nie można znaleźć tego połączenia. Trudno było pomyśleć o najważniejszym, a mianowicie: tylko poruszający się magnes lub zmieniające się w czasie pole magnetyczne może wzbudzić elektryczność w cewce.

Jakie wypadki mogły zapobiec odkryciu, świadczy następujący fakt. Niemal równocześnie z Faradayem szwajcarski fizyk Colladon próbował wygenerować prąd elektryczny w cewce za pomocą magnesu. W swojej pracy wykorzystywał galwanometr, którego lekką igłę magnetyczną umieszczono wewnątrz cewki urządzenia. Aby magnes nie miał bezpośredniego wpływu na igłę, końce cewki, do której Colladon wepchnął magnes, mając nadzieję, że dostanie w nim prąd, zostały wyjęte do następnego pomieszczenia i połączone z galwanometrem. Po włożeniu magnesu do cewki Colladon udał się do następnego pokoju i zmartwiony

upewniłem się, że galwanometr nie pokazuje prądu. Gdyby musiał cały czas obserwować galwanometr i poprosić kogoś o pracę nad magnesem, dokonałby niezwykłego odkrycia. Ale tak się nie stało. Magnes spoczywający względem cewki nie indukuje w niej prądu.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na wytwarzaniu prądu elektrycznego w obwodzie przewodzącym, który albo spoczywa w zmiennym w czasie polu magnetycznym, albo porusza się w stałym polu magnetycznym w taki sposób, że zmienia się liczba przenikających obwód linii indukcji magnetycznej. Został otwarty 29 sierpnia 1831 roku. Rzadko się zdarza, aby data nowego niezwykłego odkrycia była tak dokładnie znana. Oto opis pierwszego eksperymentu podanego przez samego Faradaya:

„Miedziany drut o długości 203 stóp był nawinięty na szeroką drewnianą szpulę, a drut tej samej długości, ale izolowany od pierwszej bawełnianej nici, został nawinięty między zwojami. Jedna z tych cewek była podłączona do galwanometru, a druga do mocnego akumulatora składającego się ze 100 par płytek ... Po zamknięciu obwodu na galwanometrze zauważono nagłe, ale skrajnie słabe działanie i to samo zauważono przy odcięciu prądu. Przy ciągłym przepływie prądu przez jedną ze spirali nie można było odnotować ani działania na galwanometrze, ani żadnego działania indukcyjnego na drugiej spirali, pomimo faktu, że nagrzewanie się całej spirali podłączonej do akumulatora i jasność iskry ślizgającej się między węglami wskazywały zasilanie bateryjne "(Faraday M." Eksperymentalne badania elektryczności ", seria 1).

Tak więc początkowo odkryto indukcję w przewodnikach zamocowanych względem siebie, gdy obwód był zamykany i otwierany. Następnie, jasno rozumiejąc, że zbliżanie się lub usuwanie przewodników z prądem powinno prowadzić do tego samego wyniku, co zamykanie i otwieranie obwodu, Faraday udowodnił eksperymentalnie, że prąd powstaje, gdy cewki poruszają się nawzajem.

względem przyjaciela. Znając prace Ampere'a, Faraday zrozumiał, że magnes to zbiór małych prądów krążących w cząsteczkach. 17 października, jak zanotował w dzienniku laboratoryjnym, wykryto prąd indukcyjny w cewce podczas wciskania (lub wyciągania) magnesu. W ciągu miesiąca Faraday eksperymentalnie odkrył wszystkie istotne cechy zjawiska indukcji elektromagnetycznej.

Obecnie każdy może powtórzyć eksperymenty Faradaya. Aby to zrobić, musisz mieć dwie cewki, magnes, baterię ogniw i wystarczająco czuły galwanometr.

W instalacji pokazanej na rysunku 238, prąd indukcyjny występuje w jednej z cewek, gdy jest ona zamknięta lub otwarta. obwód elektryczny kolejna cewka, stacjonarna względem pierwszej. W instalacji przedstawionej na Rys. 239 natężenie prądu w jednej z cewek zmienia się za pomocą reostatu. Na rysunku 240, a, prąd indukcyjny pojawia się, gdy cewki poruszają się względem siebie, a na rysunku 240, b - gdy magnes trwały porusza się względem cewki.

Już sam Faraday pojął generała, od którego zależy wygląd prądu indukcyjnego w eksperymentach, które z pozoru wyglądają inaczej.

W zamkniętym obwodzie przewodzącym prąd powstaje, gdy zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej przechodzących przez obszar ograniczony przez ten obwód. Im szybsza liczba linii zmian indukcji magnetycznej, tym większy wynikowy prąd indukcyjny. W tym przypadku przyczyna zmiany liczby linii indukcji magnetycznej jest całkowicie obojętna. Może to być zmiana liczby linii indukcji magnetycznej przechodzących przez obszar stałego obwodu przewodzącego na skutek zmiany natężenia prądu w sąsiedniej cewce (rys. 238) oraz zmiana liczby linii indukcyjnych na skutek ruchu obwodu w niejednorodnym polu magnetycznym, którego gęstość linii zmienia się w przestrzeni (rys. 241).

Po odkryciach Oersted i Ampere stało się jasne, że elektryczność ma siłę magnetyczną. Teraz należało potwierdzić wpływ zjawisk magnetycznych na elektryczne. Faraday znakomicie rozwiązał ten problem.

Michael Faraday (1791-1867) urodził się w Londynie, jednej z najbiedniejszych części tego miasta. Jego ojciec był kowalem, a jego matka była córką dzierżawcy. Kiedy Faraday dotarł wiek szkolny, został wysłany do szkoły podstawowej. Kurs, który odbył tutaj Faraday był bardzo wąski i ograniczał się tylko do nauki czytania, pisania i liczenia.

Kilka kroków od domu, w którym mieszkała rodzina Faradayów, znajdowała się księgarnia, która była jednocześnie księgarnią. To tutaj Faraday dotarł po ukończeniu kursu szkoła Podstawowakiedy pojawiło się pytanie o wybór zawodu dla niego. Michael miał wtedy zaledwie 13 lat. Już w okresie dojrzewania, gdy Faraday dopiero zaczynał samokształcenie, starał się polegać wyłącznie na faktach i weryfikować przesłania innych własnymi eksperymentami.

Te aspiracje dominowały w nim przez całe życie jako główne cechy jego działalności naukowej. Eksperymenty fizyczne i chemiczne Faraday zaczął przeprowadzać jako chłopiec od pierwszego zaznajomienia się z fizyką i chemią. Kiedyś Michael uczęszczał na jeden z wykładów Gamphreya Davy'ego, wielkiego angielskiego fizyka.

Faraday sporządził szczegółowe nagranie wykładu, oprawił go i wysłał do Davy'ego. Był pod takim wrażeniem, że zaproponował Faradayowi współpracę z nim jako sekretarz. Wkrótce Davy wyruszył w podróż do Europy i zabrał ze sobą Faradaya. W ciągu dwóch lat odwiedzili największe europejskie uniwersytety.

Po powrocie do Londynu w 1815 roku Faraday rozpoczął pracę jako asystent w jednym z laboratoriów Royal Institute w Londynie. W tym czasie było to jedno z najlepszych laboratoriów fizycznych na świecie W latach 1816-1818 Faraday opublikował szereg drobnych notatek i krótkich wspomnień z dziedziny chemii. Pierwsza praca Faradaya z fizyki pochodzi z 1818 roku.

Opierając się na doświadczeniach swoich poprzedników i łącząc kilka własnych eksperymentów, do września 1821 roku Michael opublikował „Historię sukcesu elektromagnetyzmu”. Już w tym czasie sformułował całkowicie poprawną koncepcję istoty zjawiska ugięcia igły magnetycznej pod wpływem prądu.

Osiągnąwszy ten sukces, Faraday porzucił naukę w dziedzinie elektryczności na całe dziesięć lat, poświęcając się studiowaniu całej gamy przedmiotów różnego rodzaju. W 1823 r. Faraday dokonał jednego z najważniejszych odkryć w dziedzinie fizyki - najpierw dokonał skraplania gazu, a jednocześnie opracował prostą, ale trafną metodę zamiany gazów w ciecz. W 1824 roku Faraday dokonał kilku odkryć w dziedzinie fizyki.

Między innymi ustalił, że światło wpływa na kolor szkła, zmieniając go. W następnym roku Faraday ponownie odwrócił się od fizyki do chemii, a efektem jego pracy w tej dziedzinie jest odkrycie benzyny i kwasu siarkowo-naftalenowego.

W 1831 roku Faraday opublikował traktat „O szczególnym rodzaju złudzenia optycznego”, na którym powstał piękny i ciekawy pocisk optyczny zwany „chromotropem”. W tym samym roku ukazał się inny traktat naukowy „Na wibrujących płytach”. Wiele z tych prac mogłoby samodzielnie uwiecznić nazwisko ich autora. Ale najważniejsze z prace naukowe Faraday zajmuje się badaniami z zakresu elektromagnetyzmu i indukcji elektrycznej.

Ściśle mówiąc, ważny dział Fizyków, którzy interpretują zjawisko elektromagnetyzmu i elektryczności indukcyjnej, a która ma obecnie tak ogromne znaczenie dla technologii, zostali stworzeni przez Faradaya z niczego.

Zanim Faraday poświęcił się w końcu badaniom w dziedzinie elektryczności, okazało się, że w normalnych warunkach obecność naelektryzowanego ciała wystarczyła, aby jego wpływ wzbudził elektryczność w każdym innym ciele. Jednocześnie wiadomo było, że drut, przez który przepływa prąd i który jest jednocześnie naelektryzowanym ciałem, nie ma żadnego wpływu na inne przewody umieszczone w pobliżu.

Od czego zależał ten wyjątek? To pytanie, które zainteresowało Faradaya i którego rozwiązanie doprowadziło go do najważniejszych odkryć w dziedzinie indukcji elektrycznej. Faraday jak zwykle rozpoczął serię eksperymentów, których celem było wyjaśnienie istoty sprawy.

Na tym samym drewnianym wałku do ciasta Faraday nawinął dwa izolowane druty równolegle do siebie. Połączył końce jednego przewodu z baterią dziesięciu ogniw, a końce drugiego z czułym galwanometrem. Kiedy prąd przepływał przez pierwszy przewód,

Faraday całą swoją uwagę zwrócił na galwanometr, spodziewając się zauważyć na podstawie fluktuacji pojawienie się prądu w drugim przewodzie. Jednak nic takiego nie było: galwanometr zachowywał spokój. Faraday postanowił zwiększyć natężenie prądu i wprowadził do obwodu 120 ogniw galwanicznych. Wynik jest taki sam. Faraday powtórzył ten eksperyment dziesiątki razy, wszystkie z takim samym sukcesem.

Każdy inny na jego miejscu pozostawiłby eksperymenty z przekonaniem, że prąd przepływający przez drut nie ma wpływu na sąsiedni przewód. Ale Faraday zawsze próbował wydobyć ze swoich eksperymentów i obserwacji wszystko, co mogli dać, i dlatego nie otrzymawszy bezpośredniego działania na drucie podłączonym do galwanometru, zaczął szukać skutków ubocznych.

Natychmiast zauważył, że galwanometr, pozostając całkowicie spokojny przez cały czas przepływu prądu, zaczyna oscylować na samym zamknięciu obwodu i przy jego rozwarciu. Okazało się, że w momencie, gdy prąd przepływa na pierwszy przewód, a także gdy ta transmisja ustaje, podczas drugi przewód jest również wzbudzany prądem, który w pierwszym przypadku ma kierunek przeciwny do pierwszego prądu, aw drugim jest taki sam jak w drugim i trwa tylko jedną chwilę.

Te wtórne prądy chwilowe, spowodowane wpływem prądów pierwotnych, zostały nazwane przez Faradaya indukcyjnymi i nazwa ta zachowała się dla nich do dziś. Będąc natychmiastowymi, znikającymi natychmiast po ich pojawieniu się, prądy indukcyjne nie miałyby praktycznej wartości, gdyby Faraday nie znalazł sposobu, używając genialnego urządzenia (przełącznika), na ciągłe przerywanie i ponowne przewodzenie prądu pierwotnego pochodzącego z akumulatora wzdłuż pierwszego przewodu, dzięki czemu drugi przewód nieustannie wzbudza coraz większe prądy indukcyjne, przez co staje się stały. Znaleziono więc nowe źródło energii elektrycznej, oprócz wcześniej znanych (procesy tarcia i chemiczne) - indukcji, a nowy rodzaj ta energia jest elektrycznością indukcyjną.

Kontynuując swoje eksperymenty, Faraday odkrył dalej, że proste przybliżenie drutu skręconego w zamkniętą krzywą do drugiego, wzdłuż którego płynie prąd galwaniczny, wystarcza do wzbudzenia prądu indukcyjnego w przewodzie neutralnym w kierunku przeciwnym do prądu galwanicznego, że usunięcie przewodu neutralnego ponownie wzbudza indukcyjny prąd płynie już w tym samym kierunku z prądem galwanicznym, płynącym wzdłuż nieruchomego drutu i że ostatecznie te prądy indukcyjne są wzbudzane tylko podczas zbliżania się i wyjmowania drutu do przewodnika prądu galwanicznego i bez tego ruchu prądy nie są wzbudzane, bez względu na to, jak blisko siebie są przewody ...

W ten sposób odkryto nowe zjawisko, podobne do opisanego powyżej zjawiska indukcji podczas zamykania i zatrzymywania prądu galwanicznego. Te odkrycia z kolei dały początek nowym. Jeśli możliwe jest indukowanie prądu indukcyjnego poprzez zamykanie i zatrzymywanie prądu galwanicznego, czy nie można by uzyskać tego samego wyniku magnesowania i rozmagnesowywania żelaza?

W pracach Oersteda i Ampere'a ustalono już związek między magnetyzmem a elektrycznością. Wiadomo było, że magnes wytwarza żelazo, gdy izolowany drut jest owinięty wokół niego i przepływa przez niego prąd galwaniczny, i że właściwości magnetyczne tego żelaza zatrzymują się, gdy tylko prąd ustanie.

Na tej podstawie Faraday wymyślił taki eksperyment: dwa izolowane druty owinięto wokół żelaznego pierścienia; ponadto jeden drut był owinięty wokół jednej połowy pierścienia, a drugi wokół drugiej. Prąd z baterii galwanicznej przepuszczano przez jeden przewód, a końce drugiego podłączono do galwanometru. I tak, gdy prąd był zamknięty lub zatrzymany, a więc pierścień żelazny został namagnesowany lub rozmagnesowany, igła galwanometru szybko oscylowała, a następnie szybko się zatrzymała, to znaczy wszystkie te same chwilowe prądy indukcyjne były wzbudzane w przewodzie neutralnym - tym razem: już pod wpływem magnetyzmu.

Tak więc tutaj po raz pierwszy magnetyzm został przekształcony w elektryczność. Po otrzymaniu tych wyników Faraday postanowił urozmaicić swoje eksperymenty. Zamiast żelaznego pierścienia zaczął używać żelaznej opaski. Zamiast ekscytującego magnetyzmu w żelazie za pomocą prądu galwanicznego, magnesował żelazo, dotykając go do trwałego magnesu ze stali. Rezultat był taki sam: zawsze w drucie owiniętym wokół żelazka! prąd był wzbudzany w momencie namagnesowania i rozmagnesowania żelaza.

Następnie Faraday wprowadził stalowy magnes do spirali z drutu - zbliżenie się i usunięcie tej ostatniej powodowało prądy indukcyjne w drucie. Krótko mówiąc, magnetyzm w sensie wzbudzania prądów indukcyjnych działał dokładnie tak samo jak prąd galwaniczny.

W tym czasie fizycy byli bardzo zainteresowani jednym tajemniczym zjawiskiem, odkrytym w 1824 roku przez Arago i mimo wszystko nie mogli znaleźć wytłumaczenia; że wyjaśnienie to było usilnie poszukiwane przez tak wybitnych naukowców tamtych czasów, jak sam Arago, Ampere, Poisson, Babej i Herschel.

Sprawa wyglądała następująco. Wolno wisząca igła magnetyczna szybko zatrzymuje się, jeśli zostanie pod nią umieszczony krąg niemagnetycznego metalu; jeśli wtedy krąg zostanie wprowadzony ruch obrotowy, igła magnetyczna zaczyna się za nią przesuwać.

W spokojny stan nie można było dostrzec najmniejszego przyciągania lub odpychania między okręgiem a strzałą, podczas gdy ten sam krąg, który był w ruchu, ciągnął za sobą nie tylko lekką strzałę, ale także ciężki magnes. To prawdziwie cudowne zjawisko wydawało się naukowcom tamtych czasów tajemniczą tajemnicą, czymś wykraczającym poza naturalne.

Faraday, opierając się na swoich powyższych danych, przyjął założenie, że krąg niemagnetycznego metalu, pod wpływem magnesu, w trakcie obrotu jest opływany przez prądy indukcyjne, które oddziałują na igłę magnetyczną i ciągną ją za magnes.

Rzeczywiście, wprowadzając krawędź koła między bieguny dużego magnesu w kształcie podkowy i łącząc środek i krawędź koła za pomocą galwanometru z drutem, Faraday otrzymał stały prąd elektryczny podczas obracania koła.

Następnie Faraday zatrzymał się przy innym zjawisku, które wzbudziło wówczas ogólne zaciekawienie. Jak wiesz, jeśli posypiesz opiłkami żelaza magnes, zostaną one zgrupowane wzdłuż pewnych linii, zwanych krzywymi magnetycznymi. Faraday, zwracając uwagę na to zjawisko, podał w 1831 roku za podstawę krzywych magnetycznych nazwę „linie siły magnetycznej”, która następnie weszła do powszechnego użytku.

Badanie tych „linii” doprowadziło Faradaya do nowego odkrycia, okazało się, że do wzbudzenia prądów indukcyjnych podejście i usuwanie źródła z bieguna magnetycznego nie jest konieczne. Aby wzbudzić prądy, wystarczy w znany sposób przeciąć linie siły magnetycznej.

Dalsza praca Faradaya w tym kierunku nabrała z jego współczesnego punktu widzenia charakteru czegoś zupełnie cudownego. Na początku 1832 r. Zademonstrował urządzenie, w którym prądy indukcyjne są wzbudzane bez pomocy magnesu lub prądu galwanicznego.

Urządzenie składało się z żelaznego paska umieszczonego w szpuli drutu. W normalnych warunkach urządzenie to nie dawało najmniejszego znaku pojawienia się w nim prądów; ale gdy tylko otrzymał kierunek odpowiadający kierunkowi igły magnetycznej, w drucie wzbudził się prąd.

Następnie Faraday podał położenie igły magnetycznej jednej cewce, a następnie wprowadził do niej żelazny pasek: prąd był ponownie wzbudzony. Przyczyną powstania prądu w tych przypadkach był magnetyzm ziemski, który powodował prądy indukcyjne, takie jak zwykły magnes lub prąd galwaniczny. Aby to jaśniej pokazać i udowodnić, Faraday podjął kolejny eksperyment, który w pełni potwierdził jego rozważania.

Rozumował, że jeśli krąg z niemagnetycznego metalu, na przykład z miedzi, obracający się w miejscu, w którym przecina linie siły magnetycznej sąsiedniego magnesu, daje prąd indukcyjny, to ten sam okrąg, obracając się pod nieobecność magnesu, ale w pozycji, w której okrąg przekroczy linie ziemskiego magnetyzmu, musi również dać prąd indukcyjny.

Rzeczywiście, miedziany okrąg obracający się w płaszczyźnie poziomej wytwarzał prąd indukcyjny, który powodował zauważalne odchylenie igły galwanometru. Faraday zakończył serię badań w dziedzinie indukcji elektrycznej, odkrywając w 1835 r. „Indukcyjny wpływ prądu na siebie”.

Odkrył, że gdy prąd galwaniczny jest zamykany lub otwierany, w samym przewodzie, który służy jako przewodnik dla tego prądu, wzbudzane są chwilowe prądy indukcyjne.

Rosyjski fizyk Emil Christoforovich Lenz (1804-1861) podał regułę określania kierunku prądu indukcyjnego. „Prąd indukcyjny jest zawsze kierowany w taki sposób, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne utrudnia lub spowalnia ruch wywołujący indukcję” - zauważa A.A. Korobko-Stefanov w swoim artykule na temat indukcji elektromagnetycznej. - Na przykład, gdy cewka zbliża się do magnesu, wynikający z tego prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytwarzane przez nią pole magnetyczne będzie przeciwne do pola magnetycznego magnesu. W rezultacie między cewką a magnesem generowane są siły odpychające.

Reguła Lenza wynika z prawa zachowania i transformacji energii. Gdyby prądy indukcyjne przyspieszyły ruch, który je powoduje, praca powstałaby z niczego. Po niewielkim pchnięciu cewka sama ruszyłaby w kierunku magnesu, a jednocześnie prąd indukcyjny uwolniłby w nim ciepło. W rzeczywistości prąd indukcyjny powstaje w wyniku zbliżenia magnesu i cewki do siebie.

Dlaczego powstaje prąd indukcyjny? Dogłębne wyjaśnienie zjawiska indukcji elektromagnetycznej Dalangowski fizyk James Clerk Maxwell - twórca kompletnej matematycznej teorii pola elektromagnetycznego.

Aby lepiej zrozumieć tę sprawę, rozważ bardzo prosty eksperyment. Niech cewka składa się z jednego zwoju drutu i jest przebijana zmiennym polem magnetycznym prostopadłym do płaszczyzny zwoju. W cewce występuje naturalnie prąd indukcyjny. Maxwell zinterpretował ten eksperyment wyjątkowo odważnie i nieoczekiwanie.

Według Maxwella, gdy pole magnetyczne zmienia się w przestrzeni, powstaje proces, dla którego obecność pętli z drutu nie ma znaczenia. Najważniejsze tutaj jest pojawienie się zamkniętych okrągłych linii pole elektrycznepokrycie zmieniającego się pola magnetycznego. Pod działaniem powstałego pola elektrycznego wprawiane są elektrony, aw pętli powstaje prąd elektryczny. Cewka to po prostu urządzenie wykrywające pole elektryczne.

Istota zjawiska indukcji elektromagnetycznej polega na tym, że przemienne pole magnetyczne zawsze generuje w otaczającej przestrzeni pole elektryczne o zamkniętych liniach sił. Takie pole nazywa się wirem. "

Badania w dziedzinie indukcji wytwarzanej przez ziemski magnetyzm dały Faradayowi okazję już w 1832 roku do wyrażenia idei telegrafu, który następnie stał się podstawą tego wynalazku. Ogólnie rzecz biorąc, nie bez powodu najczęściej mówi się o odkryciu indukcji elektromagnetycznej wybitne odkrycia XIX wiek - zjawisko to opiera się na pracy milionów silników elektrycznych i generatorów prądu elektrycznego na całym świecie ...

Źródło informacji: Samin D. K. "Sto wielkich odkryć naukowych"., Moskwa: "Veche", 2002

Po odkryciach Oersted i Ampere stało się jasne, że elektryczność ma siłę magnetyczną. Teraz należało potwierdzić wpływ zjawisk magnetycznych na elektryczne. Faraday znakomicie rozwiązał ten problem.

Michael Faraday (1791-1867) urodził się w Londynie, jednej z najbiedniejszych części tego miasta. Jego ojciec był kowalem, a jego matka była córką dzierżawcy. Kiedy Faraday osiągnął wiek szkolny, został wysłany do szkoły podstawowej. Kurs, który odbył tutaj Faraday, był bardzo wąski i ograniczał się tylko do nauki czytania, pisania i liczenia.

Kilka kroków od domu, w którym mieszkała rodzina Faradayów, znajdowała się księgarnia, która była jednocześnie księgarnią. To tutaj dotarł Faraday, kończąc szkołę podstawową, kiedy pojawiło się pytanie o wybór dla niego zawodu. Michael miał wtedy zaledwie 13 lat.

Już w okresie dojrzewania, kiedy Faraday dopiero zaczynał samokształcenie, starał się polegać wyłącznie na faktach i weryfikować przesłania innych własnymi eksperymentami. Te aspiracje dominowały nad nim przez całe życie jako główne cechy jego działalności naukowej.

Faraday zaczął przeprowadzać eksperymenty fizyczne i chemiczne już jako chłopiec, od pierwszego zaznajomienia się z fizyką i chemią. Kiedyś Michael uczęszczał na jeden z wykładów Gamphreya Davy'ego, wielkiego angielskiego fizyka. Faraday sporządził szczegółowe nagranie wykładu, oprawił go i wysłał do Davy'ego. Był pod tak wielkim wrażeniem, że zaproponował Faradayowi współpracę z nim jako sekretarz. Wkrótce Davy wyruszył w podróż do Europy i zabrał ze sobą Faradaya. W ciągu dwóch lat odwiedzili największe europejskie uniwersytety.

Po powrocie do Londynu w 1815 roku Faraday rozpoczął pracę jako asystent w jednym z laboratoriów Royal Institute w Londynie. W tym czasie było to jedno z najlepszych laboratoriów fizycznych na świecie W latach 1816-1818 Faraday opublikował szereg drobnych notatek i krótkich wspomnień z dziedziny chemii. Pierwsza praca Faradaya z fizyki pochodzi z 1818 roku.

Opierając się na doświadczeniach swoich poprzedników i łącząc kilka własnych eksperymentów, do września 1821 roku Michael opublikował „Historię sukcesu elektromagnetyzmu”. Już w tym czasie stworzył całkowicie poprawną koncepcję istoty zjawiska ugięcia igły magnetycznej pod wpływem prądu. Osiągnąwszy ten sukces, Faraday porzucił studia w dziedzinie elektryczności na całe dziesięć lat, poświęcając się studiowaniu całej gamy przedmiotów różnego rodzaju.

W 1823 r. Faraday dokonał jednego z najważniejszych odkryć w dziedzinie fizyki - najpierw dokonał skraplania gazu, a jednocześnie opracował prostą, ale trafną metodę zamiany gazów w ciecz.

W 1824 roku Faraday dokonał kilku odkryć w dziedzinie fizyki. Między innymi ustalił, że światło wpływa na kolor szkła, zmieniając go.

W 1831 roku Faraday opublikował traktat „Specjalny rodzaj złudzenia optycznego”, który posłużył za podstawę wspaniałego i ciekawego pocisku optycznego zwanego „chromotropem”. W tym samym roku ukazał się kolejny traktat naukowca „O wibrujących płytach”.

Wiele z tych prac mogłoby samodzielnie uwiecznić nazwisko swojego autora. Ale najważniejszą z prac naukowych Faradaya są jego badania w dziedzinie elektromagnetyzmu i indukcji elektrycznej. Ściśle mówiąc, ważny dział fizyki, który zajmuje się zjawiskami elektromagnetyzmu i elektryczności indukcyjnej, a który ma obecnie tak ogromne znaczenie dla techniki, został stworzony przez Faradaya z niczego

Zanim Faraday poświęcił się w końcu badaniom w dziedzinie elektryczności, odkryto, że w normalnych warunkach obecność naelektryzowanego ciała jest wystarczająca, aby jego wpływ wzbudził elektryczność w każdym innym ciele.

Jednocześnie było wiadomo, że drut, przez który przepływa prąd i który jest jednocześnie naelektryzowanym ciałem, nie ma żadnego wpływu na inne przewody umieszczone w pobliżu. Od czego zależał ten wyjątek? To pytanie, które zainteresowało Faradaya i którego rozwiązanie doprowadziło go do najważniejszych odkryć w dziedzinie indukcji elektrycznej.

Faraday jak zwykle rozpoczął serię eksperymentów, których celem było wyjaśnienie istoty sprawy. Na tym samym drewnianym wałku do ciasta Faraday nawinął dwa izolowane druty równolegle do siebie. Połączył końce jednego przewodu z baterią dziesięciu ogniw, a końce drugiego z czułym galwanometrem. Kiedy prąd przepływał przez pierwszy przewód, Faraday całkowicie skupił się na galwanometrze, spodziewając się, że po jego fluktuacjach zauważy pojawienie się prądu w drugim przewodzie. Jednak nic takiego nie było: galwanometr zachowywał spokój. Faraday postanowił zwiększyć natężenie prądu i wprowadził do obwodu 120 ogniw galwanicznych. Wynik jest taki sam. Faraday powtórzył ten eksperyment dziesiątki razy, wszystkie z takim samym sukcesem. Każdy inny na jego miejscu pozostawiłby eksperymenty z przekonaniem, że prąd przepływający przez drut nie ma wpływu na sąsiedni przewód. Ale Faraday zawsze próbował wydobyć ze swoich eksperymentów i obserwacji wszystko, co mogli dać, i dlatego nie otrzymawszy bezpośredniego działania na drucie podłączonym do galwanometru, zaczął szukać skutków ubocznych.

Natychmiast zauważył, że galwanometr, pozostając całkowicie spokojny przez cały czas przepływu prądu, zaczął oscylować na samym zamknięciu obwodu i przy otwieraniu. Okazało się, że w momencie podania prądu na pierwszy przewód, a także przy zatrzymaniu tej transmisji, wzbudzany jest również prąd w drugim przewodzie, który w pierwszym przypadku ma kierunek przeciwny do pierwszego prądu, a w drugim jest taki sam i trwa tylko jedną chwilę. wtórne prądy natychmiastowe wywołane wpływem pierwotnych zostały nazwane przez Faradaya indukcyjnymi i nazwa ta została dla nich zachowana do dziś.

Będąc natychmiastowymi, znikającymi natychmiast po ich pojawieniu się, prądy indukcyjne nie miałyby praktycznej wartości, gdyby Faraday nie znalazł sposobu, używając genialnego urządzenia (przełącznika), na ciągłe przerywanie i ponowne przewodzenie prądu pierwotnego pochodzącego z akumulatora wzdłuż pierwszego przewodu, dzięki czemu drugi przewód nieustannie wzbudza coraz większe prądy indukcyjne, przez co staje się stały. Znaleziono więc nowe źródło energii elektrycznej, oprócz dotychczas znanych (procesy tarcia i chemiczne) - indukcji, oraz nowy rodzaj tej energii - elektryczność indukcyjna.

Kontynuując swoje eksperymenty, Faraday odkrył dalej, że proste przybliżenie drutu skręconego w zamkniętą krzywą do drugiego, wzdłuż którego płynie prąd galwaniczny, wystarczy do wzbudzenia prądu indukcyjnego w przewodzie neutralnym w kierunku przeciwnym do prądu galwanicznego, że usunięcie przewodu neutralnego ponownie wzbudza indukcyjny prąd płynie już w tym samym kierunku z prądem galwanicznym, płynącym wzdłuż nieruchomego drutu, i że ostatecznie te prądy indukcyjne są wzbudzane tylko podczas zbliżania się i wyjmowania drutu do przewodnika prądu galwanicznego i bez tego ruchu prądy nie są wzbudzane, bez względu na to, jak blisko siebie są przewody ... W ten sposób odkryto nowe zjawisko, podobne do opisanego powyżej zjawiska indukcji podczas zamykania i zatrzymywania prądu galwanicznego.

Te odkrycia z kolei dały początek nowym. Jeśli możliwe jest indukowanie prądu indukcyjnego poprzez zamykanie i zatrzymywanie prądu galwanicznego, czy nie można by uzyskać tego samego wyniku magnesowania i rozmagnesowywania żelaza? W pracach Oersteda i Ampere'a ustalono już związek między magnetyzmem a elektrycznością. Wiadomo było, że żelazo staje się magnesem, gdy owinięty jest wokół niego izolowany drut, przez który przepływa prąd galwaniczny, a właściwości magnetyczne tego żelaza zanikają, gdy tylko prąd ustaje. Na tej podstawie Faraday wymyślił taki eksperyment: dwa izolowane druty owinięto wokół żelaznego pierścienia; ponadto jeden drut był owinięty wokół jednej połowy pierścienia, a drugi wokół drugiej.

Po otrzymaniu tych wyników Faraday postanowił urozmaicić swoje eksperymenty. Zamiast żelaznego pierścienia zaczął używać żelaznej opaski. Zamiast ekscytującego magnetyzmu w żelazie za pomocą prądu galwanicznego, magnesował żelazo, dotykając go do trwałego magnesu ze stali. Rezultat był taki sam: zawsze w drucie owiniętym wokół żelazka! prąd był wzbudzany w momencie namagnesowania i rozmagnesowania żelaza. Następnie Faraday wprowadził stalowy magnes do spirali z drutu - zbliżenie się i usunięcie tej ostatniej powodowało prądy indukcyjne w drucie. Krótko mówiąc, magnetyzm w sensie wzbudzania prądów indukcyjnych działał dokładnie tak samo jak prąd galwaniczny.

W tym czasie fizycy intensywnie zajmowali się jednym tajemniczym zjawiskiem, odkrytym w 1824 roku przez Arago, które mimo wszystko nie mogło znaleźć wyjaśnienia; fakt, że tego wyjaśnienia intensywnie poszukiwali tak wybitni naukowcy tamtych czasów, jak sam Arago, Ampere, Poisson, Babej i Herschel. Przypadek I był następujący. Wolno wisząca igła magnetyczna szybko zatrzymuje się, jeśli zostanie pod nią umieszczony krąg niemagnetycznego metalu; jeśli okrąg zostanie następnie wprawiony w ruch obrotowy, igła magnetyczna zacznie się za nim przesuwać. W stanie spokoju nie można było wykryć najmniejszego przyciągania lub odpychania między piątym okręgiem a strzałą, podczas gdy ten sam krąg, który był w ruchu, ciągnął za sobą nie tylko lekką strzałę, ale także ciężki magnes. To prawdziwie cudowne zjawisko wydawało się naukowcom tamtych czasów tajemniczą tajemnicą, czymś wykraczającym poza naturalne. Faraday, opierając się na swoich powyższych danych, przyjął założenie, że krąg niemagnetycznego metalu, pod wpływem magnesu, w trakcie obrotu jest opływany prądami indukcyjnymi, które oddziałują na igłę magnetyczną i przeciągają ją za magnes. Rzeczywiście, wprowadzając krawędź koła między bieguny dużego magnesu w kształcie podkowy i łącząc środek i krawędź koła za pomocą galwanometru z drutem, Faraday otrzymał stały prąd elektryczny podczas obracania koła.

Następnie Faraday zatrzymał się przy innym zjawisku, które wzbudziło wówczas ogólne zaciekawienie. Jak wiesz, jeśli posypiesz opiłkami żelaza magnes, zostaną one zgrupowane wzdłuż pewnych linii, zwanych krzywymi magnetycznymi. Faraday, zwracając uwagę na to zjawisko, w 1831 r. Nazwał krzywe magnetyczne „liniami siły magnetycznej”, które później weszły do \u200b\u200bpowszechnego użytku. Badanie tych „linii” doprowadziło Faradaya do nowego odkrycia, okazało się, że do wzbudzenia prądów indukcyjnych podejście i usuwanie źródła z bieguna magnetycznego nie jest konieczne. Aby wzbudzić prądy, wystarczy w znany sposób przeciąć linie siły magnetycznej.

Dalsza praca Faradaya w tym kierunku nabrała z jego współczesnego punktu widzenia charakteru czegoś zupełnie cudownego. Na początku 1832 r. Zademonstrował urządzenie, w którym prądy indukcyjne są wzbudzane bez pomocy magnesu lub prądu galwanicznego.

Urządzenie składało się z żelaznego paska umieszczonego w szpuli drutu.

Faraday zakończył serię badań w dziedzinie indukcji elektrycznej, odkrywając w 1835 r. „Indukcyjny wpływ prądu na siebie”. Odkrył, że gdy prąd galwaniczny jest zamykany lub otwierany, w samym przewodzie, który służy jako przewodnik dla tego prądu, wzbudzane są chwilowe prądy indukcyjne.

Rosyjski fizyk Emil Christoforovich Lenz (1804-1861) podał regułę określania kierunku prądu indukcyjnego.

„Prąd indukcyjny jest zawsze kierowany w taki sposób, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne utrudnia lub spowalnia ruch wywołujący indukcję” - zauważa A.A. Korobko-Stefanov w swoim artykule na temat indukcji elektromagnetycznej. - Na przykład, gdy cewka zbliża się do magnesu, wynikający z tego prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytwarzane przez nią pole magnetyczne będzie przeciwne do pola magnetycznego magnesu. W rezultacie między cewką a magnesem generowane są siły odpychające.

Reguła Lenza wynika z prawa zachowania i transformacji energii. Gdyby prądy indukcyjne przyspieszyły ruch, który je powoduje, praca powstałaby z niczego. Po niewielkim pchnięciu cewka sama ruszyłaby w kierunku magnesu, a jednocześnie prąd indukcyjny uwolniłby w nim ciepło. W rzeczywistości prąd indukcyjny powstaje w wyniku zbliżenia magnesu i cewki do siebie.

Dlaczego powstaje prąd indukcyjny? Głębokiego wyjaśnienia zjawiska indukcji elektromagnetycznej podał angielski fizyk James Clerk Maxwell - twórca kompletnej matematycznej teorii pola elektromagnetycznego.

Aby lepiej zrozumieć tę sprawę, rozważ bardzo prosty eksperyment. Niech cewka składa się z jednego zwoju drutu i jest przebijana zmiennym polem magnetycznym prostopadłym do płaszczyzny zwoju. W cewce występuje naturalnie prąd indukcyjny. Maxwell zinterpretował ten eksperyment wyjątkowo odważnie i nieoczekiwanie. Według Maxwella, gdy pole magnetyczne zmienia się w przestrzeni, powstaje proces, dla którego obecność pętli z drutu nie ma znaczenia. Najważniejsze tutaj jest pojawienie się zamkniętych okrągłych linii pola elektrycznego, pokrywających zmieniające się pole magnetyczne.

Pod działaniem powstałego pola elektrycznego wprawiane są elektrony, aw pętli powstaje prąd elektryczny. Cewka to po prostu urządzenie wykrywające pole elektryczne. Istota zjawiska indukcji elektromagnetycznej polega na tym, że przemienne pole magnetyczne zawsze generuje w otaczającej przestrzeni pole elektryczne o zamkniętych liniach sił. Takie pole nazywa się wirem. "

Badania w dziedzinie indukcji wytwarzanej przez ziemski magnetyzm dały Faradayowi okazję już w 1832 roku do wyrażenia idei telegrafu, który następnie stał się podstawą tego wynalazku.

Generalnie odkrycie indukcji elektromagnetycznej nie bez powodu przypisuje się najwybitniejszym odkryciom XIX wieku - na tym zjawisku opiera się praca milionów silników elektrycznych i generatorów prądu elektrycznego na całym świecie ...

\u003e\u003e Odkrycie indukcji elektromagnetycznej

Rozdział 2. INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA

Do tej pory rozważaliśmy pola elektryczne i magnetyczne, które nie zmieniają się w czasie. Stwierdzono, że pole elektrostatyczne tworzą nieruchome naładowane cząstki, a pole magnetyczne - poruszające się, czyli prąd elektryczny. Teraz zapoznajmy się z polami elektrycznymi i magnetycznymi, które zmieniają się w czasie.

Najważniejszym odkrytym faktem jest najbliższy związek między polami elektrycznymi i magnetycznymi. Okazało się, że zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne, a zmieniające się pole elektryczne - magnetyczne. Bez tego połączenia między polami różnorodność przejawów sił elektromagnetycznych nie byłaby tak rozległa, jak to jest faktycznie obserwowane. Nie byłoby fal radiowych ani światła.

§ 8 OTWARCIE INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

W 1821 roku M. Faraday napisał w swoim dzienniku: „Zamień magnetyzm w elektryczność”. Po 10 latach ten problem został przez niego rozwiązany.

Nie jest przypadkiem, że pierwszego, decydującego kroku w odkryciu nowych właściwości oddziaływań elektromagnetycznych dokonał twórca koncepcji pola elektromagnetycznego M. Faraday, który był przekonany o pojedynczej naturze zjawisk elektrycznych i magnetycznych. Dzięki temu dokonał odkrycia, które stało się podstawą urządzenia generatorów wszystkich elektrowni na świecie, przetwarzających energię mechaniczną na energię prądu elektrycznego. (Źródła działające na innych zasadach: ogniwa galwaniczne, baterie itp. Dają znikomy udział w wytwarzanej energii elektrycznej.)

Prąd elektryczny, argumentował M. Faraday, jest w stanie namagnesować kawałek żelaza. Czy z kolei magnes może indukować prąd elektryczny? Przez długi czas nie można było znaleźć tego połączenia. Trudno było zrozumieć najważniejsze, a mianowicie: poruszający się magnes lub zmieniające się w czasie pole magnetyczne może wzbudzić prąd elektryczny w cewce.

Jakie wypadki mogły zapobiec odkryciu, świadczy następujący fakt. Niemal równocześnie z Faradayem szwajcarski fizyk Colladon próbował uzyskać prąd elektryczny w cewce za pomocą magnesu. W swojej pracy posługiwał się galwanometrem, którego lekką igłę magnetyczną umieszczono wewnątrz cewki urządzenia. Aby magnes nie oddziaływał bezpośrednio na strzałę, końce cewki, do której Colladon wprowadził magnes, mając nadzieję na uzyskanie w nim prądu, zostały wyniesione do następnego pomieszczenia i tam podłączone do galwanometru. Po włożeniu magnesu do cewki Colladon wszedł do następnego pokoju i był rozczarowany, przekonany, że galwanometr nie pokazuje prądu. Gdyby musiał cały czas obserwować galwanometr i poprosić kogoś o pracę nad magnesem, dokonałby cudownego odkrycia. Ale tak się nie stało. Magnes spoczywający względem cewki nie indukuje w niej prądu.