Zgodovina odkritja zakona elektromagnetne indukcije. Elektromagnetna indukcija

2.4. ODKRITJE ELEKTRIČNEGA LOKA IN NJEGOVA PRAKTIČNA UPORABA Največji interes vseh del V.V. Petrova predstavi svoje odkritje leta 1802 o pojavu električnega obloka med dvema ogljikovima elektrodama, povezanima s poli vira visoke moči, ki ga je ustvaril.

2.6. ODKRITJE POJAVOV TERMOELEKTRIKE IN DOLOČITEV ZAKONITOSTI ELEKTRIČNEGA VEZJA Nadaljnje preučevanje pojavov elektrike in magnetizma je vodilo do odkritja novih dejstev.Leta 1821 je profesor berlinske univerze Thomas Johann Seebeck (1770–1831) študij

3.5. ODKRITJE VRTLJIVEGA MAGNETNEGA POLJA IN STVARANJE INDUKCIJSKIH ELEKTRIČNIH MOTORJEV Domov moderni oder v razvoju elektrotehnike sega v 90. leta 19. stoletja, ko je rešitev zapletenega energetskega problema povzročila prenos električne energije in

5. POGLAVJE Odkritje elektromagnetizma in ustvarjanje različnih električnih strojev, ki so zaznamovali začetek elektrifikacije Odkritje učinka »električnega konflikta« na magnetno iglo Junija 1820 je bilo objavljeno v Kopenhagnu latinsko majhna brošura

Do sedaj smo obravnavali električna in magnetna polja, ki se s časom ne spreminjajo. Ugotovljeno je bilo, da električno polje ustvarjajo električni naboji, magnetno polje pa gibljivi naboji, to je električni tok. Preidimo na seznanitev z električnimi in magnetna polja, ki se skozi čas spreminjajo.

večina pomembno dejstvo, ki je bil odkrit, je najbližja povezava med električnim in magnetnim poljem. Časovno spreminjajoče se magnetno polje ustvarja električno polje, spreminjajoče se električno polje pa ustvarja magnetno polje. Brez te povezave med polji raznolikost manifestacij elektromagnetnih sil ne bi bila tako obsežna, kot je v resnici. Ne bi bilo radijskih valov ali svetlobe.

Ni naključje, da prvi odločilen korak Pri odkrivanju novih lastnosti elektromagnetnih interakcij je Faraday postal utemeljitelj koncepta elektromagnetnega polja. Faraday je bil prepričan v enotno naravo električnih in magnetnih pojavov. Zahvaljujoč temu je prišel do odkritja, ki je kasneje postalo osnova za načrtovanje generatorjev za vse elektrarne na svetu, ki pretvarjajo mehansko energijo v električno energijo. (Drugi viri: galvanski členi, baterije itd. - zagotavljajo nepomemben delež proizvedene energije.)

Faraday je razmišljal, da lahko električni tok magnetizira kos železa. Ali ne bi magnet lahko povzročil električnega toka?

Za dolgo časa te povezave ni bilo mogoče zaznati. Težko je bilo ugotoviti glavno stvar, in sicer: samo premikajoči se magnet ali časovno spremenljivo magnetno polje lahko vzbuja elektrika v kolutu.

Naslednje dejstvo kaže, kakšne nesreče bi lahko preprečile odkritje. Skoraj sočasno s Faradayem je švicarski fizik Colladon poskušal z magnetom proizvesti električni tok v tuljavi. Pri delu je uporabljal galvanometer, katerega svetlobna magnetna igla je bila nameščena znotraj tuljave naprave. Da magnet ni neposredno vplival na iglo, so konce tuljave, v katero je Colladon potisnil magnet, v upanju, da bo vanj prejel tok, prinesli v sosednjo sobo in jih tam povezali z galvanometrom. Ko je v tuljavo vstavil magnet, je Colladon odšel v sosednjo sobo in z žalostjo

Pazil sem, da galvanometer ne kaže toka. Če bi le moral ves čas opazovati galvanometer in nekoga prositi, naj dela na magnetu, bi prišlo do izjemnega odkritja. Vendar se to ni zgodilo. Magnet, ki miruje glede na tuljavo, v njej ne ustvarja toka.

Pojav elektromagnetne indukcije je pojav električnega toka v prevodnem vezju, ki bodisi miruje v časovno spremenljivem magnetnem polju bodisi se giblje v stalnem magnetnem polju tako, da se število magnetnih indukcijskih linij, ki prodrejo skozi spremembe vezja. Odkrili so ga 29. avgusta 1831. To je redek primer, ko je datum novega izjemnega odkritja tako natančno znan. Tukaj je opis prvega poskusa, ki ga je dal sam Faraday:

»Bakrena žica, dolga 203 metre, je bila navita na širok lesen kolut, med njenimi zavoji pa je bila navita žica enake dolžine, vendar izolirana od prvega z bombažno nitjo. Ena od teh spiral je bila povezana z galvanometrom, druga pa z močno baterijo, sestavljeno iz 100 parov plošč ... Ko je bilo vezje zaprto, je bilo na galvanometru opaziti nenadno, a izjemno šibko delovanje, enako je bilo opaziti, ko tok se je ustavil. Pri neprekinjenem prehodu toka skozi eno od spiral ni bilo mogoče opaziti niti učinka na galvanometru niti sploh kakršnega koli induktivnega učinka na drugi spirali, kljub dejstvu, da je segrevanje celotne spirale, povezane z baterijo in svetlost iskre, ki skače med ogljem, je pokazala moč baterije" (Faraday M. "Eksperimentalne raziskave v elektriki", 1. serija).

Torej, sprva je bila indukcija odkrita v vodnikih, ki so med zapiranjem in odpiranjem vezja nepremični drug glede na drugega. Nato je Faraday jasno razumel, da bi moralo približevanje ali oddaljevanje prevodnikov s tokom voditi do enakega rezultata kot zapiranje in odpiranje tokokroga, s poskusi dokazal, da tok nastane, ko se tuljavi med seboj premikajo.

glede prijatelja. Faraday, ki je poznal dela Ampereja, je razumel, da je magnet skupek majhnih tokov, ki krožijo v molekulah. 17. oktobra, kot je zapisano v njegovem laboratorijskem zvezku, je bil v tuljavi zaznan induciran tok, medtem ko so magnet potiskali (ali izvlekli). V enem mesecu je Faraday eksperimentalno odkril vse bistvene značilnosti pojava elektromagnetne indukcije.

Trenutno lahko vsakdo ponovi Faradayeve poskuse. Če želite to narediti, morate imeti dve tuljavi, magnet, baterijo elementov in precej občutljiv galvanometer.

V namestitvi, prikazani na sliki 238, pride do induciranega toka v eni od tuljav pri zapiranju ali odpiranju električni tokokrog druga tuljava, ki miruje glede na prvo. Pri namestitvi na sliki 239 se jakost toka v eni od tuljav spreminja z reostatom. Na sliki 240, a se indukcijski tok pojavi, ko se tuljave premikajo relativno drug proti drugemu, in na sliki 240, b - ko se trajni magnet premika glede na tuljavo.

Splošno, od česar je odvisen pojav indukcijskega toka, je že sam Faraday dojel v navzven drugačnih poskusih.

V zaprtem prevodnem tokokrogu nastane tok, ko se spremeni število magnetnih indukcijskih linij, ki prebadajo območje, omejeno s tem tokokrogom. In hitreje kot se spreminja število magnetnih indukcijskih linij, večji je nastali indukcijski tok. V tem primeru je razlog za spremembo števila magnetnih indukcijskih črt popolnoma brezbrižen. To je lahko sprememba števila magnetnih indukcijskih linij, ki prodirajo v območje stacionarnega prevodnega vezja zaradi spremembe jakosti toka v sosednji tuljavi (slika 238), ali sprememba števila indukcijskih linij zaradi na gibanje vezja v neenakomernem magnetnem polju, katerega gostota linij se spreminja v prostoru (slika 241).

Po odkritjih Oersteda in Ampera je postalo jasno, da ima elektrika magnetno silo. Zdaj je bilo treba potrditi vpliv magnetnih pojavov na električne. Faraday je briljantno rešil ta problem.

Michael Faraday (1791-1867) se je rodil v Londonu, v enem njegovih najrevnejših delov. Njegov oče je bil kovač, mati pa hči kmeta najemnika. Ko je Faraday dosegel šolska doba, so ga poslali v osnovno šolo. Tečaj, ki ga je opravil Faraday, je bil zelo ozek in je bil omejen le na učenje branja, pisanja in začetka štetja.

Nekaj ​​korakov od hiše, v kateri je živela družina Faraday, je bila knjigarna, ki je bila tudi knjigoveški obrat. Tu je končal Faraday po opravljenem tečaju osnovna šola, ko se je pojavilo vprašanje o izbiri poklica zanj. Michael je bil takrat star le 13 let. Faraday se je že v mladosti, ko je šele začel s samoizobraževanjem, skušal zanašati izključno na dejstva in sporočila drugih preverjati z lastnimi izkušnjami.

Te težnje so ga prevladovale vse življenje kot njegove glavne značilnosti znanstvena dejavnost Faraday je začel izvajati fizikalne in kemijske poskuse že kot deček, ko se je prvič seznanil s fiziko in kemijo. Nekega dne se je Michael udeležil enega od predavanj Humphryja Davyja, velikega angleškega fizika.

Faraday je predavanje naredil natančen zapis, ga zvezal in poslal Davyju. Bil je tako navdušen, da je Faradaya povabil k sodelovanju kot tajnik. Kmalu se je Davy odpravil na potovanje po Evropi in s seboj vzel Faradaya. V dveh letih so obiskali največje evropske univerze.

Po vrnitvi v London leta 1815 je Faraday začel delati kot asistent v enem od laboratorijev Kraljeve ustanove v Londonu. Takrat je bil to eden najboljših fizikalnih laboratorijev na svetu.Od leta 1816 do 1818 je Faraday objavil vrsto drobnih zapiskov in kratkih spominov o kemiji. Prvo Faradayevo delo o fiziki sega v leto 1818.

Na podlagi izkušenj svojih predhodnikov in združevanja več lastnih izkušenj je Michael septembra 1821 objavil »Zgodovino napredka elektromagnetizma«. Že v tem času si je izoblikoval povsem pravilno predstavo o bistvu pojava odklona magnetne igle pod vplivom toka.

Ko je dosegel ta uspeh, je Faraday za deset let pustil študij na področju elektrike in se posvetil študiju številnih predmetov drugačne vrste. Leta 1823 je Faraday prišel do enega najpomembnejših odkritij na področju fizike – prvi je utekočinil plin, hkrati pa vzpostavil preprosto, a učinkovito metodo za pretvorbo plinov v tekočino. Leta 1824 je Faraday naredil več odkritij na področju fizike.

Med drugim je ugotovil, da svetloba vpliva na barvo stekla in jo spreminja. IN naslednje leto Faraday se je spet obrnil od fizike k kemiji, rezultat njegovega dela na tem področju pa je bilo odkritje bencina in žveplove naftalenske kisline.

Leta 1831 je Faraday objavil razpravo "O posebni vrsti optične iluzije", ki je služila kot osnova za odličen in radoveden optični projektil, imenovan "kromotrop". Istega leta je bila objavljena še ena razprava znanstvenika "O vibrirajočih ploščah". Mnoga od teh del bi lahko sama ovekovečila ime svojega avtorja. Toda najpomembnejše od znanstvena dela Faradayeve raziskave so na področju elektromagnetizma in električne indukcije.

Strogo rečeno, pomemben oddelek fiziko, ki razlaga pojave elektromagnetizma in induktivne elektrike in je trenutno tako velikega pomena za tehnologijo, je Faraday ustvaril iz nič.

V času, ko se je Faraday dokončno posvetil raziskavam na področju elektrike, je bilo ugotovljeno, da v običajnih razmerah zadostuje prisotnost naelektrenega telesa, da njegov vpliv vzbuja elektriko v katerem koli drugem telesu. Obenem je bilo znano, da žica, po kateri teče tok in ki tudi predstavlja naelektreno telo, ne vpliva na druge žice v bližini.

Kaj je povzročilo to izjemo? To je vprašanje, ki je zanimalo Faradaya in katerega rešitev ga je pripeljala do najpomembnejših odkritij na področju indukcijske elektrike. Po svoji navadi je Faraday začel s serijo poskusov, namenjenih razjasnitvi bistva zadeve.

Faraday je na isti lesen valjar navil dve izolirani žici vzporedno druga z drugo. Konce ene žice je povezal z baterijo desetih celic, konce druge pa z občutljivim galvanometrom. Ko je tok šel skozi prvo žico,

Faraday je vso svojo pozornost usmeril na galvanometer in pričakoval, da bo iz njegovih vibracij opazil pojav toka v drugi žici. Vendar se ni zgodilo nič takega: galvanometer je ostal miren. Faraday se je odločil povečati jakost toka in v vezje uvedel 120 galvanskih elementov. Rezultat je bil isti. Faraday je ta poskus ponovil več desetkrat in še vedno z enakim uspehom.

Kdor koli drug na njegovem mestu bi zapustil poskuse prepričan, da tok, ki teče skozi žico, ne vpliva na sosednjo žico. Toda Faraday je vedno poskušal iz svojih poskusov in opazovanj izluščiti vse, kar bi lahko dali, in zato, ker ni prejel neposrednega učinka na žico, povezano z galvanometrom, je začel iskati stranske učinke.

Takoj je opazil, da galvanometer, ki ostane popolnoma miren med celotnim prehodom toka, začne nihati, ko je vezje zaprto in ko se odpre. Izkazalo se je, da v trenutku, ko tok prehaja v prvo žico, in tudi ko se ta prenos ustavi, se med drugo žico vzbuja tudi tok, ki ima v prvem primeru nasprotno smer od prvega toka in enako z njim v drugem primeru in traja samo en trenutek.

Te sekundarne trenutne tokove, ki nastanejo zaradi vpliva primarnih, je Faraday imenoval induktivni in to ime se jim je ohranilo do danes. Ker so trenutni in takoj izginejo po pojavu, induktivni tokovi ne bi imeli praktičnega pomena, če Faraday ne bi našel načina, da s pomočjo domiselne naprave (komutatorja) nenehno prekinja in ponovno vodi primarni tok, ki prihaja iz baterije. prvo žico, zaradi česar drugo žico neprestano vzbuja vedno več novih induktivnih tokov in tako postane konstantna. Tako je bil najden nov vir električne energije poleg doslej znanih (trenje in kemijski procesi) - indukcija in nova vrsta Ta energija je induktivna elektrika.

V nadaljevanju svojih poskusov je Faraday odkril, da preprosto približevanje žice, zvite v zaprto krivuljo, drugi, skozi katero teče galvanski tok, zadostuje za vzbujanje induktivnega toka v nevtralni žici v nasprotni smeri od galvanskega toka, in da odstranitev nevtralna žica v njej spet vzbuja induktivni tok, ki je že v isti smeri kot galvanski tok, ki teče vzdolž mirujoče žice, in da se končno ti induktivni tokovi vzbujajo šele med približevanjem in oddaljevanjem žice od vodnika. galvanskega toka in brez tega gibanja se tokovi ne vzbujajo, ne glede na to, kako blizu so žice druga drugi.

Tako je bil odkrit nov pojav, podoben zgoraj opisanemu pojavu indukcije, ko se galvanski tok zapre in ustavi. Ta odkritja so sprožila nova. Če je mogoče povzročiti induktivni tok s kratkim stikom in zaustavitvijo galvanskega toka, ali ne bi enakega rezultata dobili z magnetiziranjem in razmagnetenjem železa?

Delo Oersteda in Ampera je že vzpostavilo odnos med magnetizmom in elektriko. Znano je bilo, da železo postane magnet, ko nanj navijemo izolirano žico in skozi njo teče galvanski tok. magnetne lastnosti tega železa se ustavi takoj, ko se tok ustavi.

Na podlagi tega je Faraday prišel do takšnega poskusa: dve izolirani žici sta bili oviti okoli železnega obroča; z eno žico, ovito okoli ene polovice obroča, drugo pa okoli druge. Skozi eno žico smo speljali tok iz galvanske baterije, konce druge pa smo povezali z galvanometrom. In tako, ko se je tok zaprl ali ustavil in ko se je posledično železni obroč namagnetil ali razmagnetil, je igla galvanometra hitro zanihala in se nato hitro ustavila, to pomeni, da so se v nevtralni žici vzbudili enaki trenutni induktivni tokovi - tokrat: že pod vplivom magnetizma.

Tako se je tu prvič magnetizem pretvoril v elektriko. Po prejemu teh rezultatov se je Faraday odločil diverzificirati svoje poskuse. Namesto železnega obroča je začel uporabljati železen trak. Namesto da bi v železu vzbudil magnetizem z galvanskim tokom, je železo namagnetil tako, da se ga je dotaknil stalnega jeklenega magneta. Rezultat je bil enak: vedno v žici, oviti okoli likalnika! v trenutku magnetizacije in razmagnetenja železa se je vzbujal tok.

Nato je Faraday v žično spiralo vnesel jekleni magnet - približevanje in odmik slednjega je povzročil inducirane tokove v žici. Z eno besedo, magnetizem je v smislu vzbujanja indukcijskih tokov deloval popolnoma enako kot galvanski tok.

Takrat se je fizike močno zanimal za en skrivnostni pojav, ki ga je leta 1824 odkril Arago in ki ga kljub temu ni bilo mogoče razložiti; dejstvo, da so to razlago intenzivno iskali tako izjemni znanstveniki tistega časa, kot so Arago sam, Ampère, Poisson, Babage in Herschel.

Bistvo je bilo naslednje. Magnetna igla, ki prosto visi, se hitro ustavi, če se pod njo postavi krog iz nemagnetne kovine; če se potem krog pripelje v rotacijsko gibanje, se magnetna igla začne premikati za njim.

IN mirno stanje med krogom in puščico je bilo nemogoče odkriti najmanjšo privlačnost ali odbojnost, medtem ko je isti krog v gibanju vlekel za seboj ne le lahko puščico, ampak tudi težak magnet. Ta resnično čudežni pojav se je znanstvenikom tistega časa zdel skrivnostna skrivnost, nekaj, kar presega meje naravnega.

Faraday je na podlagi zgornjih podatkov domneval, da krog iz nemagnetne kovine pod vplivom magneta med vrtenjem tečejo induktivni tokovi, ki vplivajo na magnetno iglo in jo vlečejo po magnetu.

In res, ko je Faraday vpeljal rob kroga med pola velikega podkvastega magneta in z žico povezal sredino in rob kroga z galvanometrom, je ob vrtenju kroga dobil stalen električni tok.

Po tem se je Faraday osredotočil na drug pojav, ki je takrat vzbujal splošno radovednost. Kot veste, če na magnet potresete železne opilke, se združijo vzdolž določenih linij, imenovanih magnetne krivulje. Faraday, ki je opozoril na ta pojav, je leta 1831 magnetnim krivuljam dal ime "črte magnetne sile", ki je nato prišlo v splošno uporabo.

Preučevanje teh "linij" je Faradaya pripeljalo do novega odkritja; izkazalo se je, da za vzbujanje induciranih tokov nista potrebna približevanje vira in oddaljenost od magnetnega pola. Za vzbujanje tokov je dovolj, da prečkamo črte magnetne sile na znan način.

Nadaljnje Faradayevo delo v omenjeni smeri je s sodobnega vidika dobilo značaj nečesa popolnoma čudežnega. V začetku leta 1832 je demonstriral napravo, v kateri so vzbujali induktivne tokove brez pomoči magneta ali galvanskega toka.

Naprava je bila sestavljena iz železnega traku, nameščenega v žično tuljavo. Ta naprava v običajnih pogojih ni dala niti najmanjšega znaka, da bi se v njej pojavili tokovi; toda takoj, ko je dobila smer, ki ustreza smeri magnetne igle, se je v žici vzbudil tok.

Nato je Faraday določil položaj magnetne igle za eno tuljavo in nato vanjo vnesel železen trak: tok je bil spet vzbujen. Vzrok, ki je v teh primerih povzročil tok, je bil zemeljski magnetizem, ki je povzročil induktivne tokove kot navaden magnet ali galvanski tok. Da bi to nazorneje pokazal in dokazal, se je Faraday lotil še enega poskusa, ki je v celoti potrdil njegova razmišljanja.

Razmišljal je, da če krog iz nemagnetne kovine, kot je baker, ki se vrti v položaju, v katerem seka črte magnetne sile sosednjega magneta, proizvaja induktivni tok, potem se isti krog, ki se vrti v odsotnosti magnet, vendar mora v položaju, v katerem bo krog prečkal črte zemeljskega magnetizma, dati tudi induktivni tok.

In res je bakreni krog, ki se vrti v vodoravni ravnini, povzročil induktivni tok, ki je povzročil opazen odklon igle galvanometra. Faraday je zaključil svojo serijo študij na področju električne indukcije z odkritjem leta 1835 o "induktivnem vplivu toka na samega sebe".

Ugotovil je, da se pri zaprtju ali odprtju galvanskega toka vzbujajo trenutni induktivni tokovi v sami žici, ki služi kot prevodnik za ta tok.

Ruski fizik Emil Hristoforovič Lenz (1804-1861) je podal pravilo za določanje smeri indukcijskega toka. »Indukcijski tok je vedno usmerjen tako, da magnetno polje, ki ga ustvarja, otežuje ali zavira gibanje, ki povzroča indukcijo,« ugotavlja A.A. Korobko-Stefanov v svojem članku o elektromagnetni indukciji. - Na primer, ko se tuljava približa magnetu, ima nastali inducirani tok takšno smer, da bo magnetno polje, ki ga ustvari, nasprotno magnetnemu polju magneta. Posledično nastanejo odbojne sile med tuljavo in magnetom.

Lenzovo pravilo izhaja iz zakona o ohranitvi in ​​transformaciji energije. Če bi inducirani tokovi pospešili gibanje, ki jih je povzročilo, bi delo nastalo iz nič. Sama tuljava bi po rahlem potisku hitela proti magnetu, hkrati pa bi indukcijski tok v njej sprostil toploto. V resnici inducirani tok nastane zaradi približevanja magneta in tuljave.

Zakaj nastane inducirani tok? Globoko razlago pojava elektromagnetne indukcije je podal angleški fizik James Clerk Maxwell, ustvarjalec popolne matematične teorije elektromagnetnega polja.

Da bi bolje razumeli bistvo zadeve, razmislite o zelo preprostem poskusu. Naj bo tuljava sestavljena iz enega zavoja žice in jo prežema izmenično magnetno polje, pravokotno na ravnino zavoja. V tuljavi naravno nastane inducirani tok. Maxwell je ta poskus interpretiral izjemno drzno in nepričakovano.

Ko se magnetno polje v prostoru spremeni, po Maxwellu nastane proces, za katerega prisotnost žične tuljave nima pomena. Glavna stvar pri tem je nastanek zaprtih obročev električno polje, ki pokriva spreminjajoče se magnetno polje. Pod vplivom nastalega električnega polja se elektroni začnejo premikati in v tuljavi nastane električni tok. Tuljava je preprosto naprava, ki zaznava električno polje.

Bistvo pojava elektromagnetne indukcije je v tem, da izmenično magnetno polje v okoliškem prostoru vedno generira električno polje z zaprtimi silnicami. Takšno polje imenujemo vrtinčno polje.«

Raziskave na področju indukcije, ki jo povzroča zemeljski magnetizem, so Faradayju dale priložnost, da je leta 1832 izrazil idejo o telegrafu, ki je nato predstavljal osnovo tega izuma. Na splošno velja odkritje elektromagnetne indukcije brez razloga za eno najbolj izjemna odkritja XIX stoletje - na tem pojavu temelji delo milijonov elektromotorjev in generatorjev električnega toka po vsem svetu...

Vir informacij: Samin D.K. "Sto velikih znanstvenih odkritij", M.: "Veche", 2002.

Po odkritjih Oersteda in Ampera je postalo jasno, da ima elektrika magnetno silo. Zdaj je bilo treba potrditi vpliv magnetnih pojavov na električne. Faraday je briljantno rešil ta problem.

Michael Faraday (1791-1867) se je rodil v Londonu, v enem njegovih najrevnejših delov. Njegov oče je bil kovač, mati pa hči kmeta najemnika. Ko je Faraday dosegel šolsko starost, so ga poslali v osnovno šolo. Tečaj, ki ga je opravil Faraday, je bil zelo ozek in je bil omejen le na učenje branja, pisanja in začetka štetja.

Nekaj ​​korakov od hiše, v kateri je živela družina Faraday, je bila knjigarna, ki je bila tudi knjigoveški obrat. Tu je končal Faraday, ko je končal osnovno šolo, ko se je pojavilo vprašanje o izbiri poklica zanj. Michael je bil takrat star le 13 let.

Faraday se je že v mladosti, ko je šele začel s samoizobraževanjem, skušal zanašati izključno na dejstva in sporočila drugih preverjati z lastnimi izkušnjami. Te težnje so ga prevladovale vse življenje kot glavne značilnosti njegove znanstvene dejavnosti.

Faraday je začel izvajati fizikalne in kemijske poskuse že kot deček, ko se je prvič seznanil s fiziko in kemijo. Nekega dne se je Michael udeležil enega od predavanj Humphryja Davyja, velikega angleškega fizika. Faraday je predavanje naredil natančen zapis, ga zvezal in poslal Davyju. Bil je tako navdušen, da je Faradaya povabil k sodelovanju kot tajnik. Kmalu se je Davy odpravil na potovanje po Evropi in s seboj vzel Faradaya. V dveh letih so obiskali največje evropske univerze.

Po vrnitvi v London leta 1815 je Faraday začel delati kot asistent v enem od laboratorijev Kraljeve ustanove v Londonu. Takrat je bil to eden najboljših fizikalnih laboratorijev na svetu.Od leta 1816 do 1818 je Faraday objavil vrsto drobnih zapiskov in kratkih spominov o kemiji. Prvo Faradayevo delo o fiziki sega v leto 1818.

Na podlagi izkušenj svojih predhodnikov in združevanja več lastnih izkušenj je Michael septembra 1821 objavil »Zgodovino napredka elektromagnetizma«. Že v tem času si je izoblikoval povsem pravilno predstavo o bistvu pojava odklona magnetne igle pod vplivom toka. Ko je dosegel ta uspeh, je Faraday za deset let pustil študij na področju elektrike in se posvetil študiju številnih predmetov drugačne vrste.

Leta 1823 je Faraday prišel do enega najpomembnejših odkritij na področju fizike – prvi je utekočinil plin, hkrati pa vzpostavil preprosto, a učinkovito metodo za pretvorbo plinov v tekočino.

Leta 1824 je Faraday naredil več odkritij na področju fizike. Med drugim je ugotovil, da svetloba vpliva na barvo stekla in jo spreminja.

Leta 1831 je Faraday objavil razpravo o "posebni vrsti optične iluzije", ki je služila kot osnova za odličen in nenavaden optični projektil, imenovan "kromotrop". Istega leta je bila objavljena še ena razprava znanstvenika "O vibrirajočih ploščah".

Mnoga od teh del bi lahko sama ovekovečila ime svojega avtorja. Toda najpomembnejša Faradayeva znanstvena dela so njegove študije na področju elektromagnetizma in električne indukcije. Strogo gledano, pomembno vejo fizike, ki obravnava pojave elektromagnetizma in indukcijske elektrike in je trenutno tako velikega pomena za tehnologijo, je Faraday ustvaril iz nič.

V času, ko se je Faraday dokončno posvetil raziskavam na področju elektrike, je bilo ugotovljeno, da v običajnih razmerah zadostuje prisotnost naelektrenega telesa, da njegov vpliv vzbuja elektriko v katerem koli drugem telesu.

Obenem je bilo znano, da žica, po kateri teče tok in ki tudi predstavlja naelektreno telo, ne vpliva na druge žice v bližini. Kaj je povzročilo to izjemo? To je vprašanje, ki je zanimalo Faradaya in katerega rešitev ga je pripeljala do najpomembnejših odkritij na področju indukcijske elektrike.

Po svoji navadi je Faraday začel s serijo poskusov, namenjenih razjasnitvi bistva zadeve. Faraday je na isti lesen valjar navil dve izolirani žici vzporedno druga z drugo. Konce ene žice je povezal z baterijo desetih celic, konce druge pa z občutljivim galvanometrom. Ko je skozi prvo žico šel tok, je Faraday vso svojo pozornost usmeril na galvanometer in pričakoval, da bo po njegovih vibracijah opazil pojav toka v drugi žici. Vendar se ni zgodilo nič takega: galvanometer je ostal miren. Faraday se je odločil povečati jakost toka in v vezje uvedel 120 galvanskih elementov. Rezultat je bil isti. Faraday je ta poskus ponovil več desetkrat in še vedno z enakim uspehom. Kdor koli drug na njegovem mestu bi zapustil poskuse prepričan, da tok, ki teče skozi žico, ne vpliva na sosednjo žico. Toda Faraday je vedno poskušal iz svojih poskusov in opazovanj izluščiti vse, kar bi lahko dali, in zato, ker ni prejel neposrednega učinka na žico, povezano z galvanometrom, je začel iskati stranske učinke.

Takoj je opazil, da je galvanometer, ki je med celotnim prehodom toka ostal popolnoma miren, začel nihati, ko je bil tokokrog sam zaprt in ko je bil odprt. Izkazalo se je, da se v trenutku, ko gre tok v prvi vodnik in tudi ko se ta prenos ustavi, vzbuja tok tudi v drugem vodniku, ki ima v prvem primeru nasprotno smer kot prvi tok in enako z njim v drugem primeru in traja samo en trenutek Sekundarne trenutne tokove, ki nastanejo zaradi vpliva primarnih, je Faraday imenoval induktivni in to ime se jim je ohranilo do danes.

Ker so trenutni in takoj izginejo po pojavu, induktivni tokovi ne bi imeli praktičnega pomena, če Faraday ne bi našel načina, da s pomočjo domiselne naprave (komutatorja) nenehno prekinja in ponovno vodi primarni tok, ki prihaja iz baterije. prvo žico, zaradi česar drugo žico neprestano vzbuja vedno več novih induktivnih tokov in tako postane konstantna. Tako sta bila najdena nov vir električne energije poleg doslej znanih (trenje in kemijski procesi) - indukcija, in nova vrsta te energije - induktivna elektrika.

V nadaljevanju svojih poskusov je Faraday odkril, da preprosto približevanje žice, zvite v zaprto krivuljo, drugi, skozi katero teče galvanski tok, zadostuje za vzbujanje induktivnega toka v nevtralni žici v nasprotni smeri od galvanskega toka, in da odstranitev nevtralna žica v njej spet vzbuja induktivni tok, ki je že v isti smeri kot galvanski tok, ki teče vzdolž mirujoče žice, in da se končno ti induktivni tokovi vzbujajo šele med približevanjem in oddaljevanjem žice od vodnika. galvanskega toka in brez tega gibanja se tokovi ne vzbujajo, ne glede na to, kako blizu so žice druga drugi. Tako je bil odkrit nov pojav, podoben zgoraj opisanemu pojavu indukcije, ko se galvanski tok zapre in ustavi.

Ta odkritja so sprožila nova. Če je mogoče povzročiti induktivni tok s kratkim stikom in zaustavitvijo galvanskega toka, ali ne bi enakega rezultata dobili z magnetiziranjem in razmagnetenjem železa? Delo Oersteda in Ampera je že vzpostavilo odnos med magnetizmom in elektriko. Vedelo se je, da postane železo magnet, ko se navije izolirani vodnik in steče skozenj galvanski tok, in da magnetne lastnosti tega železa prenehajo, kakor hitro preneha tok. Na podlagi tega je Faraday prišel do takšnega poskusa: dve izolirani žici sta bili oviti okoli železnega obroča; z eno žico, ovito okoli ene polovice obroča, drugo pa okoli druge.

Po prejemu teh rezultatov se je Faraday odločil diverzificirati svoje poskuse. Namesto železnega obroča je začel uporabljati železen trak. Namesto da bi v železu vzbudil magnetizem z galvanskim tokom, je železo namagnetil tako, da se ga je dotaknil stalnega jeklenega magneta. Rezultat je bil enak: vedno v žici, oviti okoli likalnika! v trenutku magnetizacije in razmagnetenja železa se je vzbujal tok. Nato je Faraday v žično spiralo vnesel jekleni magnet - približevanje in odmik slednjega je povzročil inducirane tokove v žici. Z eno besedo, magnetizem je v smislu vzbujanja indukcijskih tokov deloval popolnoma enako kot galvanski tok.

Takrat se je fizike močno zanimal za en skrivnostni pojav, ki ga je leta 1824 odkril Arago in ki ga kljub temu ni bilo mogoče razložiti; dejstvo, da so to razlago intenzivno iskali tako izjemni znanstveniki tistega časa, kot so Arago sam, Ampère, Poisson, Babage in Herschel. Primer I je bil naslednji. Magnetna igla, ki prosto visi, se hitro ustavi, če se pod njo postavi krog iz nemagnetne kovine; Če krog nato zavrtimo, se začne magnetna igla premikati za njim. V mirnem stanju je bilo nemogoče odkriti najmanjšo privlačnost ali odboj med 5. krogom in puščico, medtem ko je isti krog v gibanju za sabo vlekel ne le lahko puščico, ampak tudi težek magnet. Ta resnično čudežni pojav se je znanstvenikom tistega časa zdel skrivnostna skrivnost, nekaj, kar presega meje naravnega. Faraday je na podlagi zgornjih podatkov domneval, da krog iz nemagnetne kovine pod vplivom magneta med vrtenjem tečejo induktivni tokovi, ki vplivajo na magnetno iglo in jo vlečejo po magnetu. In res, ko je Faraday vpeljal rob kroga med pola velikega podkvastega magneta in z žico povezal sredino in rob kroga z galvanometrom, je ob vrtenju kroga dobil stalen električni tok.

Po tem se je Faraday osredotočil na drug pojav, ki je takrat vzbujal splošno radovednost. Kot veste, če na magnet potresete železne opilke, se združijo vzdolž določenih linij, imenovanih magnetne krivulje. Faraday, ki je opozoril na ta pojav, je magnetnim krivuljam leta 1831 dal ime "črte magnetne sile", ki je kasneje prišlo v splošno uporabo. Preučevanje teh "linij" je Faradaya pripeljalo do novega odkritja; izkazalo se je, da za vzbujanje induciranih tokov nista potrebna približevanje vira in oddaljenost od magnetnega pola. Za vzbujanje tokov je dovolj, da prečkamo črte magnetne sile na znan način.

Nadaljnje Faradayevo delo v omenjeni smeri je s sodobnega vidika dobilo značaj nečesa popolnoma čudežnega. V začetku leta 1832 je demonstriral napravo, v kateri so vzbujali induktivne tokove brez pomoči magneta ali galvanskega toka.

Naprava je bila sestavljena iz železnega traku, nameščenega v žično tuljavo.

Faraday je zaključil svojo serijo študij na področju električne indukcije z odkritjem leta 1835 o "induktivnem vplivu toka na samega sebe". Ugotovil je, da se pri zaprtju ali odprtju galvanskega toka vzbujajo trenutni induktivni tokovi v sami žici, ki služi kot prevodnik za ta tok.

Ruski fizik Emil Hristoforovič Lenz (1804-1861) je podal pravilo za določanje smeri indukcijskega toka.

»Indukcijski tok je vedno usmerjen tako, da magnetno polje, ki ga ustvarja, otežuje ali zavira gibanje, ki povzroča indukcijo,« ugotavlja A.A. Korobko-Stefanov v svojem članku o elektromagnetni indukciji. - Na primer, ko se tuljava približa magnetu, ima nastali inducirani tok takšno smer, da bo magnetno polje, ki ga ustvari, nasprotno magnetnemu polju magneta. Posledično nastanejo odbojne sile med tuljavo in magnetom.

Lenzovo pravilo izhaja iz zakona o ohranitvi in ​​transformaciji energije. Če bi inducirani tokovi pospešili gibanje, ki jih je povzročilo, bi delo nastalo iz nič. Sama tuljava bi po rahlem potisku hitela proti magnetu, hkrati pa bi indukcijski tok v njej sprostil toploto. V resnici inducirani tok nastane zaradi približevanja magneta in tuljave.

Zakaj nastane inducirani tok? Poglobljeno razlago pojava elektromagnetne indukcije je podal angleški fizik James Clerk Maxwell, ustvarjalec popolne matematične teorije elektromagnetnega polja.

Da bi bolje razumeli bistvo zadeve, razmislite o zelo preprostem poskusu. Naj bo tuljava sestavljena iz enega zavoja žice in jo prežema izmenično magnetno polje, pravokotno na ravnino zavoja. V tuljavi naravno nastane inducirani tok. Maxwell je ta poskus interpretiral izjemno drzno in nepričakovano. Ko se magnetno polje v prostoru spremeni, po Maxwellu nastane proces, za katerega prisotnost žične tuljave nima pomena. Glavna stvar pri tem je nastanek zaprtih obročastih električnih silnic, ki pokrivajo spreminjajoče se magnetno polje.

Pod vplivom nastalega električnega polja se elektroni začnejo premikati in v tuljavi nastane električni tok. Tuljava je preprosto naprava, ki zaznava električno polje. Bistvo pojava elektromagnetne indukcije je v tem, da izmenično magnetno polje v okoliškem prostoru vedno generira električno polje z zaprtimi silnicami. Takšno polje imenujemo vrtinčno polje.«

Raziskave na področju indukcije, ki jo povzroča zemeljski magnetizem, so Faradayju dale priložnost, da je leta 1832 izrazil idejo o telegrafu, ki je nato predstavljal osnovo tega izuma.

Na splošno odkritje elektromagnetne indukcije ne velja brez razloga za eno najodličnejših odkritij 19. stoletja - na tem pojavu temelji delo milijonov elektromotorjev in generatorjev električnega toka po vsem svetu...

>> Odkritje elektromagnetne indukcije

Poglavje 2. ELEKTROMAGNETNA INDUKCIJA

Do sedaj smo obravnavali električna in magnetna polja, ki se s časom ne spreminjajo. Ugotovljeno je bilo, da elektrostatično polje ustvarjajo mirujoči nabiti delci, magnetno polje pa gibajoči se, to je električni tok. Zdaj pa se seznanimo z električnimi in magnetnimi polji, ki se s časom spreminjajo.

Najpomembnejše dejstvo, ki smo ga odkrili, je tesna povezava med električnim in magnetnim poljem. Izkazalo se je, da časovno spremenljivo magnetno polje generira električno polje, spreminjajoče se električno polje pa generira magnetno polje. Brez te povezave med polji raznolikost manifestacij elektromagnetnih sil ne bi bila tako obsežna, kot je v resnici. Ne bi bilo radijskih valov ali svetlobe.

§ 8 ODKRITJE ELEKTROMAGNETNE INDUKCIJE

Leta 1821 je M. Faraday zapisal v svoj dnevnik: "Pretvorite magnetizem v elektriko." Po 10 letih je ta problem rešil.

Ni naključje, da je prvi, odločilni korak pri odkrivanju novih lastnosti elektromagnetnih interakcij naredil utemeljitelj koncepta elektromagnetnega polja M. Faraday, ki je bil prepričan v enotno naravo električnih in magnetnih pojavov. Zahvaljujoč temu je prišel do odkritja, ki je postalo osnova za načrtovanje generatorjev v vseh elektrarnah na svetu, ki pretvarjajo mehansko energijo v električno. (Viri, ki delujejo na drugih principih: galvanski členi, baterije ipd., dajejo nepomemben delež proizvedene električne energije.)

M. Faraday je razmišljal, da je električni tok sposoben magnetizirati kos železa. Ali ne bi magnet lahko povzročil električnega toka? Dolgo časa te povezave ni bilo mogoče odkriti. Težko je bilo ugotoviti glavno, namreč: premikajoči se magnet ali časovno spremenljivo magnetno polje lahko vzbudi električni tok v tuljavi.

Naslednje dejstvo kaže, kakšne nesreče bi lahko preprečile odkritje. Skoraj sočasno s Faradayem je švicarski fizik Colladon poskušal z magnetom pridobiti električni tok v tuljavi. Pri svojem delu je uporabljal galvanometer, katerega svetlobna magnetna igla je bila nameščena znotraj tuljave naprave. Da bi preprečili, da bi magnet neposredno vplival na iglo, so konce tuljave, v katero je Colladon vstavil magnet v upanju, da bo v njej ustvaril tok, odnesli v sosednjo sobo in jih tam povezali z galvanometrom. Ko je v tuljavo vstavil magnet, je Colladon odšel v sosednjo sobo in razočaran videl, da galvanometer ne kaže nobenega toka. Če bi le moral ves čas opazovati galvanometer in nekoga prositi, naj dela na magnetu, bi prišlo do izjemnega odkritja. Vendar se to ni zgodilo. Magnet, ki miruje glede na tuljavo, v njej ne ustvarja toka.