Istoria descoperirii legii inducției electromagnetice. Inductie electromagnetica

2.4. DEscoperirea arcului electric și a utilizării sale practice Cel mai mare interes al tuturor lucrărilor lui V.V. Petrova își prezintă descoperirea în 1802 a fenomenului unui arc electric între doi electrozi de carbon conectați la polii unei surse de mare putere pe care a creat-o.

2.6. DESCOPERIREA FENOMENELOR TERMOELECTRICITĂȚII ȘI STABILIREA LEGILE CIRCUITULUI ELECTRIC Studierea ulterioară a fenomenelor electricității și magnetismului a dus la descoperirea unor fapte noi.În 1821, profesorul Universității din Berlin Thomas Johann Seebeck (1770–1831), studiu

3.5. DECOPERIREA UNUI CÂMP MAGNETIC ROTATIV ȘI CREAREA MOTOARELOR ELECTRICE DE INDUCȚIE Acasă scena modernăîn dezvoltarea ingineriei electrice datează din anii 90 ai secolului al XIX-lea, când soluția unei probleme energetice complexe a dat naștere transportului de energie și

CAPITOLUL 5 Descoperirea electromagnetismului și crearea diferitelor mașini electrice care au marcat începutul electrificării Descoperirea efectului „conflictului electric” asupra acului magnetic În iunie 1820, a fost publicat la Copenhaga latin mica brosura

Până acum am luat în considerare câmpurile electrice și magnetice care nu se modifică în timp. S-a descoperit că câmpul electric este creat de sarcini electrice, iar câmpul magnetic de sarcini în mișcare, adică curent electric. Să trecem la familiarizarea cu electricitatea și campuri magnetice, care se schimbă în timp.

Cel mai fapt important, care a fost descoperit, este cea mai strânsă relație dintre câmpurile electrice și magnetice. Un câmp magnetic variabil în timp generează un câmp electric, iar un câmp electric în schimbare generează un câmp magnetic. Fără această conexiune între câmpuri, varietatea manifestărilor forțelor electromagnetice nu ar fi atât de extinsă pe cât sunt de fapt. Nu ar exista unde radio sau lumină.

Nu întâmplător primul pas decisivÎn descoperirea de noi proprietăți ale interacțiunilor electromagnetice, Faraday a devenit fondatorul conceptului de câmp electromagnetic. Faraday era încrezător în natura unificată a fenomenelor electrice și magnetice. Datorită acestui fapt, a făcut o descoperire, care a stat ulterior la baza proiectării generatoarelor pentru toate centralele electrice din lume, transformând energia mecanică în energie electrică. (Alte surse: celule galvanice, baterii etc. - asigură o pondere nesemnificativă din energia generată.)

Un curent electric, a argumentat Faraday, poate magnetiza o bucată de fier. Nu ar putea un magnet, la rândul său, să provoace un curent electric?

Pentru o lungă perioadă de timp această conexiune nu a putut fi detectată. A fost dificil să-ți dai seama principalul, și anume: doar un magnet în mișcare sau un câmp magnetic care variază în timp poate excita electricitateîntr-o bobină.

Următorul fapt arată ce fel de accidente ar fi putut împiedica descoperirea. Aproape simultan cu Faraday, fizicianul elvețian Colladon a încercat să producă un curent electric într-o bobină folosind un magnet. Când lucra, a folosit un galvanometru, al cărui ac magnetic ușor a fost plasat în interiorul bobinei dispozitivului. Pentru ca magnetul să nu aibă un efect direct asupra acului, capetele bobinei în care Colladon a împins magnetul, sperând să primească curent în el, au fost aduse în camera alăturată și conectate acolo la un galvanometru. După ce a introdus magnetul în bobină, Colladon a intrat în camera alăturată și, cu regret,

M-am asigurat ca galvanometrul nu arata nici un curent. Dacă ar fi trebuit doar să urmărească galvanometrul tot timpul și să ceară cuiva să lucreze la magnet, s-ar fi făcut o descoperire remarcabilă. Dar acest lucru nu s-a întâmplat. Un magnet în repaus față de bobină nu generează curent în el.

Fenomenul de inducție electromagnetică constă în apariția unui curent electric într-un circuit conductor, care fie este în repaus într-un câmp magnetic variabil în timp, fie se mișcă într-un câmp magnetic constant în așa fel încât numărul liniilor de inducție magnetică care pătrund în modificări de circuit. A fost descoperit pe 29 august 1831. Este un caz rar când data unei noi descoperiri remarcabile este cunoscută atât de precis. Iată o descriere a primului experiment dat de Faraday însuși:

„Un fir de cupru lung de 203 picioare era înfășurat pe o bobină largă de lemn, iar între spirele sale era înfășurat un fir de aceeași lungime, dar izolat de primul cu un fir de bumbac. Una dintre aceste spirale era conectată la un galvanometru, iar cealaltă la o baterie puternică formată din 100 de perechi de plăci... Când circuitul a fost închis, s-a observat o acțiune bruscă, dar extrem de slabă asupra galvanometrului, și la fel s-a observat și atunci când curentul s-a oprit. Odată cu trecerea continuă a curentului printr-una dintre spirale, nu s-a putut observa nici un efect asupra galvanometrului, nici deloc efect inductiv asupra celeilalte spirale, în ciuda faptului că încălzirea întregii spirale conectată la baterie iar strălucirea scânteii care sărea între cărbuni a indicat puterea bateriei” (Faraday M. „Experimental Research in Electricity”, seria I).

Deci, inițial, inducția a fost descoperită în conductori care sunt nemișcați unul față de celălalt la închiderea și deschiderea unui circuit. Apoi, înțelegând clar că aducerea conductoarelor purtătoare de curent mai aproape sau mai departe ar trebui să conducă la același rezultat ca și închiderea și deschiderea unui circuit, Faraday a demonstrat prin experimente că curentul apare atunci când bobinele se mișcă între ele.

referitor la un prieten. Familiar cu lucrările lui Ampere, Faraday a înțeles că un magnet este o colecție de curenți mici care circulă în molecule. Pe 17 octombrie, după cum este înregistrat în caietul său de laborator, un curent indus a fost detectat în bobină în timp ce magnetul era împins (sau scos). În decurs de o lună, Faraday a descoperit experimental toate trăsăturile esențiale ale fenomenului de inducție electromagnetică.

În prezent, toată lumea poate repeta experimentele lui Faraday. Pentru a face acest lucru, trebuie să aveți două bobine, un magnet, o baterie de elemente și un galvanometru destul de sensibil.

În instalația prezentată în Figura 238, în una dintre bobine apare un curent indus la închidere sau deschidere. circuit electric o altă bobină, staționară față de prima. În instalația din Figura 239, puterea curentului într-una dintre bobine este modificată folosind un reostat. În Figura 240, a, curentul de inducție apare atunci când bobinele se mișcă una față de cealaltă, iar în Figura 240, b - când un magnet permanent se mișcă în raport cu bobina.

Faraday însuși a înțeles deja lucrul general de care depinde apariția unui curent de inducție în experimente care arată diferit în exterior.

Într-un circuit conductor închis, un curent apare atunci când se modifică numărul de linii de inducție magnetică care străpunge zona limitată de acest circuit. Și cu cât numărul liniilor de inducție magnetică se schimbă mai repede, cu atât este mai mare curentul de inducție rezultat. În acest caz, motivul modificării numărului de linii de inducție magnetică este complet indiferent. Aceasta poate fi o modificare a numărului de linii de inducție magnetică care pătrund în zona unui circuit conducător staționar din cauza unei modificări a intensității curentului în bobina adiacentă (Fig. 238) sau o modificare a numărului de linii de inducție datorată la mișcarea circuitului într-un câmp magnetic neuniform, a cărui densitate a liniilor variază în spațiu (Fig. 241).

După descoperirile lui Oersted și Ampere, a devenit clar că electricitatea are forță magnetică. Acum a fost necesar să se confirme influența fenomenelor magnetice asupra celor electrice. Faraday a rezolvat cu brio această problemă.

Michael Faraday (1791-1867) s-a născut la Londra, într-una dintre cele mai sărace părți ale ei. Tatăl său era fierar, iar mama lui era fiica unui fermier. Când Faraday ajunse varsta scolara, a fost trimis la școala elementară. Cursul pe care l-a urmat Faraday aici a fost foarte restrâns și se limita doar la a învăța să citească, să scrie și să înceapă să numere.

La câțiva pași de casa în care locuia familia Faraday se afla o librărie, care era și un loc de legătorie. Aici a ajuns Faraday după ce și-a terminat cursul școală primară, când a apărut întrebarea despre alegerea unei profesii pentru el. Michael avea doar 13 ani în acest moment. Deja în tinerețe, când Faraday abia începea autoeducația, a căutat să se bazeze exclusiv pe fapte și să verifice mesajele altora cu propriile sale experiențe.

Aceste aspirații l-au dominat toată viața ca principalele trăsături ale sale activitate științifică Faraday a început să efectueze experimente fizice și chimice de când era băiat, la prima sa cunoaștere cu fizica și chimia. Într-o zi, Michael a participat la una dintre prelegerile lui Humphry Davy, marele fizician englez.

Faraday a notat detaliat prelegerea, a legat-o și i-a trimis-o lui Davy. A fost atât de impresionat încât l-a invitat pe Faraday să lucreze cu el ca secretar. Curând, Davy a plecat într-o călătorie în Europa și l-a luat pe Faraday cu el. Pe parcursul a doi ani, au vizitat cele mai mari universități europene.

Întors la Londra în 1815, Faraday a început să lucreze ca asistent într-unul dintre laboratoarele Royal Institution din Londra. La acea vreme era unul dintre cele mai bune laboratoare de fizică din lume.Din 1816 până în 1818, Faraday a publicat o serie de note mici și scurte memorii despre chimie. Prima lucrare a lui Faraday despre fizică datează din 1818.

Bazat pe experiențele predecesorilor săi și combinând mai multe dintre propriile sale experiențe, până în septembrie 1821 Michael a publicat „Istoria progreselor electromagnetismului”. Deja în acest moment, el a format un concept complet corect despre esența fenomenului de deviere a unui ac magnetic sub influența curentului.

După ce a obținut acest succes, Faraday și-a părăsit studiile în domeniul electricității timp de zece ani, dedicându-se studiului mai multor subiecte de alt fel. În 1823, Faraday a făcut una dintre cele mai importante descoperiri în domeniul fizicii - a fost primul care a lichefiat gazul și, în același timp, a stabilit o metodă simplă, dar eficientă de transformare a gazelor în lichid. În 1824, Faraday a făcut mai multe descoperiri în domeniul fizicii.

Printre altele, a stabilit faptul că lumina afectează culoarea sticlei, schimbând-o. ÎN anul urmator Faraday s-a întors din nou de la fizică la chimie, iar rezultatul muncii sale în acest domeniu a fost descoperirea benzinei și a acidului sulf-naftalen.

În 1831, Faraday a publicat un tratat „Despre un tip special de iluzie optică”, care a servit drept bază pentru un proiectil optic excelent și curios numit „cromotrop”. În același an, a fost publicat un alt tratat al omului de știință, „Despre plăcile vibrante”. Multe dintre aceste lucrări ar putea ele însele să imortalizeze numele autorului lor. Dar cel mai important dintre lucrări științifice Cercetările lui Faraday sunt în domeniile electromagnetismului și inducției electrice.

Strict vorbind, departament important fizica, care interpretează fenomenele de electromagnetism și electricitate inductivă și care este în prezent de o importanță atât de enormă pentru tehnologie, a fost creată de Faraday din nimic.

În momentul în care Faraday s-a dedicat în cele din urmă cercetării în domeniul electricității, s-a stabilit că în condiții obișnuite prezența unui corp electrificat este suficientă pentru ca influența sa să excite electricitatea în orice alt corp. Totodată, se știa că un fir prin care trece curentul și care reprezintă și un corp electrificat nu are niciun efect asupra altor fire amplasate în apropiere.

Ce a cauzat această excepție? Aceasta este întrebarea care l-a interesat pe Faraday și a cărei soluție l-a condus la cele mai importante descoperiri în domeniul electricității de inducție. După cum era obiceiul său, Faraday a început o serie de experimente menite să clarifice esența problemei.

Faraday a înfășurat două fire izolate paralele între ele pe același sucisor de lemn. El a conectat capetele unui fir la o baterie de zece celule, iar capetele celuilalt la un galvanometru sensibil. Când curentul a trecut prin primul fir,

Faraday și-a îndreptat toată atenția către galvanometru, așteptându-se să observe din vibrațiile acestuia apariția unui curent în al doilea fir. Cu toate acestea, nu s-a întâmplat nimic de acest fel: galvanometrul a rămas calm. Faraday a decis să mărească puterea curentului și a introdus 120 de elemente galvanice în circuit. Rezultatul a fost același. Faraday a repetat acest experiment de zeci de ori și tot cu același succes.

Oricine altcineva în locul lui ar fi părăsit experimentele convins că curentul care trece printr-un fir nu are efect asupra firului vecin. Dar Faraday a încercat întotdeauna să extragă din experimentele și observațiile sale tot ce puteau da acestea și, prin urmare, neprimind un efect direct asupra firului conectat la galvanometru, a început să caute efecte secundare.

El a observat imediat că galvanometrul, rămânând complet calm pe toată durata trecerii curentului, începe să oscileze atunci când circuitul în sine este închis și când este deschis. Sa dovedit că în momentul în care un curent este trecut în primul fir și de asemenea, atunci când această transmisie se oprește, în timpul celui de-al doilea fir este și el excitat de un curent, care în primul caz are sens opus primului curent și la fel cu acesta în al doilea caz și durează doar o clipă.

Acești curenți instantanei secundari, cauzați de influența celor primari, au fost numiți inductivi de Faraday, iar acest nume a rămas cu ei până în zilele noastre. Fiind instantanee, dispărând instantaneu după apariția lor, curenții inductivi nu ar avea nicio semnificație practică dacă Faraday nu ar fi găsit o cale, cu ajutorul unui dispozitiv ingenios (un comutator), să întrerupă constant și să conducă din nou curentul primar care vine din baterie de-a lungul primul fir, datorită căruia al doilea fir este excitat continuu de curenți inductivi din ce în ce mai noi, devenind astfel constant. Astfel, a fost găsită o nouă sursă de energie electrică, pe lângă cele cunoscute anterior (frecare și procese chimice), - inducția, și noul fel Această energie este electricitate inductivă.

Continuând experimentele sale, Faraday a descoperit în continuare că simpla aducere a unui fir răsucit într-o curbă închisă aproape de altul prin care curge un curent galvanic este suficient pentru a excita un curent inductiv în firul neutru în direcția opusă curentului galvanic și că îndepărtarea curentului galvanic. firul neutru excită din nou un curent inductiv în el. curentul este deja în aceeași direcție cu curentul galvanic care curge de-a lungul unui fir staționar și că, în cele din urmă, acești curenți inductivi sunt excitați numai în timpul apropierii și îndepărtarii firului de conductor a curentului galvanic, iar fără această mișcare curenții nu sunt excitați, oricât de apropiate sunt firele unul de celălalt.

Astfel, a fost descoperit un nou fenomen, asemănător cu fenomenul de inducție descris mai sus când curentul galvanic se închide și se oprește. Aceste descoperiri au dat naștere la rândul lor la altele noi. Dacă este posibil să se provoace un curent inductiv prin scurtcircuitarea și oprirea curentului galvanic, atunci nu s-ar obține același rezultat prin magnetizarea și demagnetizarea fierului?

Lucrările lui Oersted și Ampere stabiliseră deja relația dintre magnetism și electricitate. Se știa că fierul devine un magnet atunci când un fir izolat este înfășurat în jurul lui și un curent galvanic trece prin acesta din urmă și că proprietăți magnetice a acestui opritor de fier de îndată ce curentul se oprește.

Pe baza acestui lucru, Faraday a venit cu acest tip de experiment: două fire izolate au fost înfășurate în jurul unui inel de fier; cu un fir înfășurat în jurul unei jumătăți a inelului, iar celălalt în jurul celeilalte. Curentul de la o baterie galvanică a fost trecut printr-un fir, iar capetele celuilalt au fost conectate la un galvanometru. Și astfel, când curentul s-a închis sau s-a oprit și când, în consecință, inelul de fier a fost magnetizat sau demagnetizat, acul galvanometrului a oscilat rapid și apoi s-a oprit rapid, adică aceiași curenți inductivi instantanei au fost excitați în firul neutru - de data aceasta: deja sub influenţa magnetismului.

Astfel, aici pentru prima dată magnetismul a fost transformat în electricitate. După ce a primit aceste rezultate, Faraday a decis să-și diversifice experimentele. În loc de un inel de fier, a început să folosească o bandă de fier. În loc să excite magnetismul fierului prin curent galvanic, el a magnetizat fierul atingându-l de un magnet permanent din oțel. Rezultatul a fost același: mereu în sârmă înfășurată în jurul fierului de călcat! a fost excitat un curent în momentul magnetizării şi demagnetizării fierului.

Apoi Faraday a introdus un magnet de oțel în spirala sârmei - apropierea și îndepărtarea acestuia din urmă a provocat curenți induși în sârmă. Într-un cuvânt, magnetismul, în sensul de excitație a curenților de inducție, a acționat exact în același mod ca și curentul galvanic.

La acea vreme, fizicienii erau intens interesați de un fenomen misterios, descoperit în 1824 de Arago și care nu putea fi explicat, în ciuda; faptul că această explicație a fost intens căutată de oameni de știință remarcabili ai vremii precum Arago însuși, Ampère, Poisson, Babage și Herschel.

Ideea era următoarea. Un ac magnetic, care atârnă liber, se oprește rapid dacă este plasat sub el un cerc de metal nemagnetic; dacă atunci cercul este adus în mișcare de rotație, acul magnetic începe să se miște în spatele lui.

ÎN stare calmă era imposibil de descoperit cea mai mică atracție sau repulsie între cerc și săgeată, în timp ce același cerc, în mișcare, trăgea în spate nu doar o săgeată ușoară, ci și un magnet greu. Acest fenomen cu adevărat miraculos li s-a părut oamenilor de știință de atunci un mister misterios, ceva dincolo de limitele naturalului.

Faraday, pe baza datelor de mai sus, a presupus că un cerc de metal nemagnetic, sub influența unui magnet, în timpul rotației este condus de curenți inductivi, care afectează acul magnetic și îl trage de-a lungul magnetului.

Și într-adevăr, introducând marginea unui cerc între polii unui magnet mare de potcoavă și conectând centrul și marginea cercului cu un galvanometru cu un fir, Faraday a obținut un curent electric constant atunci când cercul s-a rotit.

În continuare, Faraday s-a concentrat asupra unui alt fenomen care trezea atunci curiozitatea generală. După cum știți, dacă presărați pilitură de fier pe un magnet, acestea se grupează de-a lungul unor linii numite curbe magnetice. Faraday, atrăgând atenția asupra acestui fenomen, a dat bazele curbelor magnetice în 1831 denumirea de „linii de forță magnetică”, care a intrat apoi în uz general.

Studiul acestor „linii” l-a condus pe Faraday la o nouă descoperire; s-a dovedit că pentru a excita curenții induși, apropierea și distanța sursei de polul magnetic nu sunt necesare. Pentru a excita curenții, este suficient să traversați liniile de forță magnetică într-un mod cunoscut.

Lucrarea ulterioară a lui Faraday în direcția amintită a căpătat, din punct de vedere contemporan, caracterul a ceva absolut miraculos. La începutul anului 1832, a demonstrat un dispozitiv în care curenții inductivi erau excitați fără ajutorul unui magnet sau curent galvanic.

Dispozitivul consta dintr-o bandă de fier plasată într-o bobină de sârmă. Acest dispozitiv, în condiții obișnuite, nu a dat cel mai mic semn al apariției curenților în el; dar de îndată ce i s-a dat o direcție corespunzătoare direcției acului magnetic, un curent a fost excitat în fir.

Apoi Faraday a dat poziția acului magnetic unei bobine și apoi a introdus o bandă de fier în ea: curentul a fost din nou excitat. Motivul care a provocat curentul în aceste cazuri a fost magnetismul pământesc, care a provocat curenți inductivi precum un magnet obișnuit sau curent galvanic. Pentru a arăta și a dovedi mai clar acest lucru, Faraday a întreprins un alt experiment, care a confirmat pe deplin considerațiile sale.

El a argumentat că, dacă un cerc de metal nemagnetic, cum ar fi cuprul, care se rotește într-o poziție în care intersectează liniile de forță magnetică ale unui magnet adiacent, produce un curent inductiv, atunci același cerc, rotindu-se în absența unui magnet, dar într-o poziție în care cercul va traversa liniile magnetismului pământesc, trebuie să dea și un curent inductiv.

Și într-adevăr, un cerc de cupru rotit într-un plan orizontal a produs un curent inductiv care a produs o deviație vizibilă a acului galvanometrului. Faraday și-a încheiat seria de studii în domeniul inducției electrice cu descoperirea, făcută în 1835, a „influenței inductive a curentului asupra lui însuși”.

El a aflat că atunci când un curent galvanic este închis sau deschis, curenții inductivi instantanei sunt excitați în firul însuși, care servește drept conductor pentru acest curent.

Fizicianul rus Emil Khristoforovici Lenz (1804-1861) a dat o regulă pentru determinarea direcției curentului de inducție. „Curentul de inducție este întotdeauna direcționat în așa fel încât câmpul magnetic pe care îl creează complică sau inhibă mișcarea care provoacă inducție”, notează A.A. Korobko-Stefanov în articolul său despre inducția electromagnetică. - De exemplu, atunci când o bobină se apropie de un magnet, curentul indus rezultat are o astfel de direcție încât câmpul magnetic pe care îl creează va fi opus câmpului magnetic al magnetului. Ca rezultat, între bobină și magnet apar forțe de respingere.

Regula lui Lenz decurge din legea conservării și transformării energiei. Dacă curenții induși ar accelera mișcarea care i-a cauzat, atunci munca ar fi creată din nimic. Bobina însăși, după o ușoară împingere, s-ar repezi spre magnet și, în același timp, curentul de inducție ar elibera căldură în el. În realitate, curentul indus este creat datorită muncii de apropiere a magnetului și a bobinei.

De ce apare curentul indus? O explicație profundă a fenomenului de inducție electromagnetică a fost oferită de fizicianul englez James Clerk Maxwell, creatorul unei teorii matematice complete a câmpului electromagnetic.

Pentru a înțelege mai bine esența problemei, luați în considerare un experiment foarte simplu. Lăsați bobina să fie formată dintr-o spire de sârmă și să fie pătrunsă de un câmp magnetic alternativ perpendicular pe planul spirei. Un curent indus apare în mod natural în bobină. Maxwell a interpretat acest experiment excepțional de îndrăzneț și neașteptat.

Când un câmp magnetic se modifică în spațiu, conform lui Maxwell, apare un proces pentru care prezența unei bobine de sârmă nu are nicio semnificație. Principalul lucru aici este apariția liniilor inelare închise câmp electric, acoperind un câmp magnetic în schimbare. Sub influența câmpului electric rezultat, electronii încep să se miște, iar în bobină ia naștere un curent electric. O bobină este pur și simplu un dispozitiv care detectează un câmp electric.

Esența fenomenului de inducție electromagnetică este că un câmp magnetic alternativ generează întotdeauna un câmp electric cu linii de forță închise în spațiul înconjurător. Un astfel de câmp se numește câmp de vortex.”

Cercetările în domeniul inducției produse de magnetismul terestru i-au oferit lui Faraday posibilitatea de a-și exprima ideea unui telegraf încă din 1832, care a stat apoi la baza acestei invenții. În general, descoperirea inducției electromagnetice nu este fără motiv considerată una dintre cele mai multe descoperiri remarcabile Secolul XIX - munca a milioane de motoare electrice și generatoare de curent electric din întreaga lume se bazează pe acest fenomen...

Sursa de informații: Samin D.K. „O sută de mari descoperiri științifice”, M.: „Veche”, 2002.

După descoperirile lui Oersted și Ampere, a devenit clar că electricitatea are forță magnetică. Acum a fost necesar să se confirme influența fenomenelor magnetice asupra celor electrice. Faraday a rezolvat cu brio această problemă.

Michael Faraday (1791-1867) s-a născut la Londra, într-una dintre cele mai sărace părți ale ei. Tatăl său era fierar, iar mama lui era fiica unui fermier. Când Faraday a ajuns la vârsta școlară, a fost trimis la școala primară. Cursul pe care l-a urmat Faraday aici a fost foarte restrâns și se limita doar la a învăța să citească, să scrie și să înceapă să numere.

La câțiva pași de casa în care locuia familia Faraday se afla o librărie, care era și un loc de legătorie. Aici a ajuns Faraday, după ce a terminat cursul școlii primare, când a apărut întrebarea despre alegerea unei profesii pentru el. Michael avea doar 13 ani în acest moment.

Deja în tinerețe, când Faraday tocmai începea autoeducația, a căutat să se bazeze exclusiv pe fapte și să verifice mesajele altora cu propriile experiențe. Aceste aspirații l-au dominat toată viața ca trăsături principale ale activității sale științifice.

Faraday a început să efectueze experimente fizice și chimice de când era băiat, la prima sa cunoaștere cu fizica și chimia. Într-o zi, Michael a participat la una dintre prelegerile lui Humphry Davy, marele fizician englez. Faraday a notat detaliat prelegerea, a legat-o și i-a trimis-o lui Davy. A fost atât de impresionat încât l-a invitat pe Faraday să lucreze cu el ca secretar. Curând, Davy a plecat într-o călătorie în Europa și l-a luat pe Faraday cu el. Pe parcursul a doi ani, au vizitat cele mai mari universități europene.

Întors la Londra în 1815, Faraday a început să lucreze ca asistent într-unul dintre laboratoarele Royal Institution din Londra. La acea vreme era unul dintre cele mai bune laboratoare de fizică din lume.Din 1816 până în 1818, Faraday a publicat o serie de note mici și scurte memorii despre chimie. Prima lucrare a lui Faraday despre fizică datează din 1818.

Bazat pe experiențele predecesorilor săi și combinând mai multe dintre propriile sale experiențe, până în septembrie 1821 Michael a publicat „Istoria progreselor electromagnetismului”. Deja în acest moment, el a format un concept complet corect despre esența fenomenului de deviere a unui ac magnetic sub influența curentului. După ce a obținut acest succes, Faraday și-a părăsit studiile în domeniul electricității timp de zece ani, dedicându-se studiului mai multor subiecte de alt fel.

În 1823, Faraday a făcut una dintre cele mai importante descoperiri în domeniul fizicii - a fost primul care a lichefiat gazul și, în același timp, a stabilit o metodă simplă, dar eficientă de transformare a gazelor în lichid.

În 1824, Faraday a făcut mai multe descoperiri în domeniul fizicii. Printre altele, a stabilit faptul că lumina afectează culoarea sticlei, schimbând-o.

În 1831, Faraday a publicat un tratat despre „Un tip special de iluzie optică”, care a servit drept bază pentru un proiectil optic excelent și curios numit „cromotrop”. În același an, a fost publicat un alt tratat al omului de știință, „Despre plăcile vibrante”.

Multe dintre aceste lucrări ar putea ele însele să imortalizeze numele autorului lor. Dar cele mai importante dintre lucrările științifice ale lui Faraday sunt studiile sale în domeniul electromagnetismului și inducției electrice. Strict vorbind, o ramură importantă a fizicii care tratează fenomenele de electromagnetism și electricitate inductivă și care este în prezent de o importanță atât de enormă pentru tehnologie, a fost creată de Faraday din nimic.

În momentul în care Faraday s-a dedicat în cele din urmă cercetării în domeniul electricității, s-a stabilit că în condiții obișnuite prezența unui corp electrificat este suficientă pentru ca influența sa să excite electricitatea în orice alt corp.

Totodată, se știa că un fir prin care trece curentul și care reprezintă și un corp electrificat nu are niciun efect asupra altor fire amplasate în apropiere. Ce a cauzat această excepție? Aceasta este întrebarea care l-a interesat pe Faraday și a cărei soluție l-a condus la cele mai importante descoperiri în domeniul electricității de inducție.

După cum era obiceiul său, Faraday a început o serie de experimente menite să clarifice esența problemei. Faraday a înfășurat două fire izolate paralele între ele pe același sucisor de lemn. El a conectat capetele unui fir la o baterie de zece celule, iar capetele celuilalt la un galvanometru sensibil. Când un curent era trecut prin primul fir, Faraday și-a îndreptat toată atenția către galvanometru, așteptându-se să observe prin vibrațiile acestuia apariția unui curent în al doilea fir. Cu toate acestea, nu s-a întâmplat nimic de acest fel: galvanometrul a rămas calm. Faraday a decis să mărească puterea curentului și a introdus 120 de elemente galvanice în circuit. Rezultatul a fost același. Faraday a repetat acest experiment de zeci de ori și tot cu același succes. Oricine altcineva în locul lui ar fi părăsit experimentele convins că curentul care trece printr-un fir nu are efect asupra firului vecin. Dar Faraday a încercat întotdeauna să extragă din experimentele și observațiile sale tot ce puteau da acestea și, prin urmare, neprimind un efect direct asupra firului conectat la galvanometru, a început să caute efecte secundare.

A observat imediat că galvanometrul, rămânând complet calm pe toată durata trecerii curentului, a început să oscileze atunci când circuitul însuși era închis și când era deschis. S-a dovedit că în momentul în care un curent este trecut în primul fir și, de asemenea, atunci când această transmisie se oprește, un curent este de asemenea excitat în al doilea fir, care în primul caz are sensul opus primului curent și același cu ea în al doilea caz și durează doar o clipă.Curenții instantanei secundari cauzați de influența celor primari au fost numiți de Faraday inductivi, iar acest nume a rămas cu ei până în zilele noastre.

Fiind instantanee, dispărând instantaneu după apariția lor, curenții inductivi nu ar avea nicio semnificație practică dacă Faraday nu ar fi găsit o cale, cu ajutorul unui dispozitiv ingenios (un comutator), să întrerupă constant și să conducă din nou curentul primar care vine din baterie de-a lungul primul fir, datorită căruia al doilea fir este excitat continuu de curenți inductivi din ce în ce mai noi, devenind astfel constant. Astfel, s-a găsit o nouă sursă de energie electrică, pe lângă cele cunoscute anterior (frecare și procese chimice), - inducția, și un nou tip de această energie - electricitatea inductivă.

Continuând experimentele sale, Faraday a descoperit în continuare că simpla aducere a unui fir răsucit într-o curbă închisă aproape de altul prin care curge un curent galvanic este suficient pentru a excita un curent inductiv în firul neutru în direcția opusă curentului galvanic și că îndepărtarea curentului galvanic. firul neutru excită din nou un curent inductiv în el. curentul este deja în aceeași direcție cu curentul galvanic care curge de-a lungul unui fir staționar și că, în cele din urmă, acești curenți inductivi sunt excitați numai în timpul apropierii și îndepărtarii firului de conductor a curentului galvanic, iar fără această mișcare curenții nu sunt excitați, oricât de apropiate sunt firele unul de celălalt. Astfel, a fost descoperit un nou fenomen, asemănător cu fenomenul de inducție descris mai sus când curentul galvanic se închide și se oprește.

Aceste descoperiri au dat naștere la rândul lor la altele noi. Dacă este posibil să se provoace un curent inductiv prin scurtcircuitarea și oprirea curentului galvanic, atunci nu s-ar obține același rezultat prin magnetizarea și demagnetizarea fierului? Lucrările lui Oersted și Ampere stabiliseră deja relația dintre magnetism și electricitate. Se știa că fierul devine un magnet atunci când un fir izolat este înfășurat în jurul lui și un curent galvanic trece prin el și că proprietățile magnetice ale acestui fier încetează de îndată ce curentul se oprește. Pe baza acestui lucru, Faraday a venit cu acest tip de experiment: două fire izolate au fost înfășurate în jurul unui inel de fier; cu un fir înfășurat în jurul unei jumătăți a inelului, iar celălalt în jurul celeilalte.

După ce a primit aceste rezultate, Faraday a decis să-și diversifice experimentele. În loc de un inel de fier, a început să folosească o bandă de fier. În loc să excite magnetismul fierului prin curent galvanic, el a magnetizat fierul atingându-l de un magnet permanent din oțel. Rezultatul a fost același: mereu în sârmă înfășurată în jurul fierului de călcat! a fost excitat un curent în momentul magnetizării şi demagnetizării fierului. Apoi Faraday a introdus un magnet de oțel în spirala sârmei - apropierea și îndepărtarea acestuia din urmă a provocat curenți induși în sârmă. Într-un cuvânt, magnetismul, în sensul de excitație a curenților de inducție, a acționat exact în același mod ca și curentul galvanic.

La acea vreme, fizicienii erau intens interesați de un fenomen misterios, descoperit în 1824 de Arago și care nu putea fi explicat, în ciuda; faptul că această explicație a fost intens căutată de oameni de știință remarcabili ai vremii precum Arago însuși, Ampère, Poisson, Babage și Herschel. Cazul I a fost după cum urmează. Un ac magnetic, care atârnă liber, se oprește rapid dacă este plasat sub el un cerc de metal nemagnetic; Dacă cercul este apoi pus în rotație, acul magnetic începe să se miște în spatele lui. Într-o stare de calm, era imposibil să se descopere cea mai mică atracție sau repulsie între al 5-lea cerc și săgeată, în timp ce același cerc, în mișcare, a tras în spate nu doar o săgeată ușoară, ci și un magnet greu. Acest fenomen cu adevărat miraculos li s-a părut oamenilor de știință de atunci un mister misterios, ceva dincolo de limitele naturalului. Faraday, pe baza datelor de mai sus, a presupus că un cerc de metal nemagnetic, sub influența unui magnet, în timpul rotației este condus de curenți inductivi, care afectează acul magnetic și îl trage de-a lungul magnetului. Și într-adevăr, introducând marginea unui cerc între polii unui magnet mare de potcoavă și conectând centrul și marginea cercului cu un galvanometru cu un fir, Faraday a obținut un curent electric constant atunci când cercul s-a rotit.

În continuare, Faraday s-a concentrat asupra unui alt fenomen care trezea atunci curiozitatea generală. După cum știți, dacă presărați pilitură de fier pe un magnet, acestea se grupează de-a lungul unor linii numite curbe magnetice. Faraday, atrăgând atenția asupra acestui fenomen, a dat curbelor magnetice numele de „linii de forță magnetică” în 1831, care mai târziu a intrat în uz general. Studiul acestor „linii” l-a condus pe Faraday la o nouă descoperire; s-a dovedit că pentru a excita curenții induși, apropierea și distanța sursei de polul magnetic nu sunt necesare. Pentru a excita curenții, este suficient să traversați liniile de forță magnetică într-un mod cunoscut.

Lucrarea ulterioară a lui Faraday în direcția amintită a căpătat, din punct de vedere contemporan, caracterul a ceva absolut miraculos. La începutul anului 1832, a demonstrat un dispozitiv în care curenții inductivi erau excitați fără ajutorul unui magnet sau curent galvanic.

Dispozitivul consta dintr-o bandă de fier plasată într-o bobină de sârmă.

Faraday și-a încheiat seria de studii în domeniul inducției electrice cu descoperirea, făcută în 1835, a „influenței inductive a curentului asupra lui însuși”. El a aflat că atunci când un curent galvanic este închis sau deschis, curenții inductivi instantanei sunt excitați în firul însuși, care servește drept conductor pentru acest curent.

Fizicianul rus Emil Khristoforovici Lenz (1804-1861) a dat o regulă pentru determinarea direcției curentului de inducție.

„Curentul de inducție este întotdeauna direcționat în așa fel încât câmpul magnetic pe care îl creează complică sau inhibă mișcarea care provoacă inducție”, notează A.A. Korobko-Stefanov în articolul său despre inducția electromagnetică. - De exemplu, atunci când o bobină se apropie de un magnet, curentul indus rezultat are o astfel de direcție încât câmpul magnetic pe care îl creează va fi opus câmpului magnetic al magnetului. Ca rezultat, între bobină și magnet apar forțe de respingere.

Regula lui Lenz decurge din legea conservării și transformării energiei. Dacă curenții induși ar accelera mișcarea care i-a cauzat, atunci munca ar fi creată din nimic. Bobina însăși, după o ușoară împingere, s-ar repezi spre magnet și, în același timp, curentul de inducție ar elibera căldură în el. În realitate, curentul indus este creat datorită muncii de apropiere a magnetului și a bobinei.

De ce apare curentul indus? O explicație profundă a fenomenului inducției electromagnetice a fost oferită de fizicianul englez James Clerk Maxwell, creatorul unei teorii matematice complete a câmpului electromagnetic.

Pentru a înțelege mai bine esența problemei, luați în considerare un experiment foarte simplu. Lăsați bobina să fie formată dintr-o spire de sârmă și să fie pătrunsă de un câmp magnetic alternativ perpendicular pe planul spirei. Un curent indus apare în mod natural în bobină. Maxwell a interpretat acest experiment excepțional de îndrăzneț și neașteptat. Când un câmp magnetic se modifică în spațiu, conform lui Maxwell, apare un proces pentru care prezența unei bobine de sârmă nu are nicio semnificație. Principalul lucru aici este apariția liniilor de câmp electric inelar închis, care acoperă un câmp magnetic în schimbare.

Sub influența câmpului electric rezultat, electronii încep să se miște, iar în bobină ia naștere un curent electric. O bobină este pur și simplu un dispozitiv care detectează un câmp electric. Esența fenomenului de inducție electromagnetică este că un câmp magnetic alternativ generează întotdeauna un câmp electric cu linii de forță închise în spațiul înconjurător. Un astfel de câmp se numește câmp de vortex.”

Cercetările în domeniul inducției produse de magnetismul terestru i-au oferit lui Faraday posibilitatea de a-și exprima ideea unui telegraf încă din 1832, care a stat apoi la baza acestei invenții.

În general, descoperirea inducției electromagnetice nu este fără motiv considerată una dintre cele mai remarcabile descoperiri ale secolului al XIX-lea - munca a milioane de motoare electrice și generatoare de curent electric din întreaga lume se bazează pe acest fenomen...

>> Descoperirea inducției electromagnetice

Capitolul 2. INDUCȚIA ELECTROMAGNETICĂ

Până acum am luat în considerare câmpurile electrice și magnetice care nu se modifică în timp. S-a descoperit că câmpul electrostatic este creat de particulele încărcate staționare, iar câmpul magnetic de către cele în mișcare, adică curentul electric. Acum să facem cunoștință cu câmpurile electrice și magnetice, care se schimbă în timp.

Cel mai important fapt care a fost descoperit este relația strânsă dintre câmpurile electrice și magnetice. S-a dovedit că un câmp magnetic variabil în timp generează un câmp electric, iar un câmp electric în schimbare generează un câmp magnetic. Fără această conexiune între câmpuri, varietatea manifestărilor forțelor electromagnetice nu ar fi atât de extinsă pe cât sunt de fapt. Nu ar exista unde radio sau lumină.

§ 8 DECOPERIREA INDUCȚIEI ELECTROMAGNETICE

În 1821, M. Faraday a scris în jurnalul său: „Transformați magnetismul în electricitate”. După 10 ani, a rezolvat această problemă.

Nu întâmplător, primul pas decisiv în descoperirea de noi proprietăți ale interacțiunilor electromagnetice a fost făcut de fondatorul conceptului de câmp electromagnetic, M. Faraday, care era încrezător în natura unificată a fenomenelor electrice și magnetice. Datorită acestui fapt, a făcut o descoperire care a devenit baza pentru proiectarea generatoarelor în toate centralele electrice din lume, transformând energia mecanică în energie electrică. (Sursele care funcționează pe alte principii: celule galvanice, baterii etc., asigură o pondere nesemnificativă din energia electrică generată.)

Curentul electric, a argumentat M. Faraday, este capabil să magnetizeze o bucată de fier. Nu ar putea un magnet, la rândul său, să provoace un curent electric? Multă vreme această legătură nu a putut fi descoperită. A fost dificil de dat seama de principalul lucru, și anume: un magnet în mișcare sau un câmp magnetic care variază în timp poate excita un curent electric într-o bobină.

Următorul fapt arată ce fel de accidente ar fi putut împiedica descoperirea. Aproape simultan cu Faraday, fizicianul elvețian Colladon a încercat să obțină un curent electric într-o bobină folosind un magnet. În timpul muncii sale, a folosit un galvanometru, al cărui ac magnetic ușor a fost plasat în interiorul bobinei dispozitivului. Pentru a preveni ca magnetul să influențeze direct acul, capetele bobinei în care Colladon a introdus magnetul, în speranța de a genera curent în el, au fost duse în camera alăturată și conectate acolo la un galvanometru. După ce a introdus magnetul în bobină, Colladon a intrat în camera alăturată și a fost dezamăgit să vadă că galvanometrul nu arăta nici un curent. Dacă ar fi trebuit doar să urmărească galvanometrul tot timpul și să ceară cuiva să lucreze la magnet, s-ar fi făcut o descoperire remarcabilă. Dar acest lucru nu s-a întâmplat. Un magnet în repaus față de bobină nu generează curent în el.