Elektromanyetik indüksiyon yasasının keşfinin tarihi. Elektromanyetik indüksiyon

2.4. ELEKTRİK ARKININ KEŞFİ VE PRATİK KULLANIMI V.V. Petrova, 1802'de, yarattığı yüksek güç kaynağının kutuplarına bağlı iki karbon elektrot arasındaki elektrik arkı olgusunun keşfini sunuyor.

2.6. TERMOELEKTRİK OLGUSUNUN KEŞFİ VE ELEKTRİK DEVRESİNİN YASALARININ OLUŞTURULMASI Elektrik ve manyetizma olgularının daha ileri düzeyde incelenmesi yeni gerçeklerin keşfedilmesine yol açtı.1821'de Berlin Üniversitesi Profesörü Thomas Johann Seebeck (1770–1831), ders çalışıyor

3.5. DÖNEN MANYETİK ALANIN KEŞFİ VE ASENKRON ELEKTRİK MOTORLARININ OLUŞTURULMASI modern sahne Elektrik mühendisliğinin gelişimi, karmaşık bir enerji sorununun çözümünün güç aktarımına yol açtığı 19. yüzyılın 90'lı yıllarına kadar uzanır ve

5. BÖLÜM Elektromanyetizmanın keşfi ve elektrifikasyonun başlangıcına işaret eden çeşitli elektrikli makinelerin yaratılması “Elektrik çatışmasının” manyetik iğne üzerindeki etkisinin keşfi Haziran 1820'de Kopenhag'da yayınlandı. Latince küçük broşür

Şu ana kadar zamanla değişmeyen elektrik ve manyetik alanları ele aldık. Elektrik alanının elektrik yükleri tarafından, manyetik alanın ise hareketli yüklerin, yani elektrik akımının yaratıldığı bulunmuştur. Şimdi elektriği tanımaya devam edelim ve manyetik alanlar, bunlar zamanla değişir.

En önemli gerçek keşfedilen elektrik ve manyetik alanlar arasındaki en yakın ilişkidir. Zamanla değişen bir manyetik alan bir elektrik alanı oluşturur ve değişen bir elektrik alanı bir manyetik alan üretir. Alanlar arasındaki bu bağlantı olmasaydı, elektromanyetik kuvvetlerin tezahürlerinin çeşitliliği gerçekte olduğu kadar kapsamlı olmazdı. Radyo dalgaları ya da ışık olmayacaktı.

İlkinin olması tesadüf değil belirleyici adım Elektromanyetik etkileşimlerin yeni özelliklerinin keşfiyle Faraday, elektromanyetik alan kavramının kurucusu oldu. Faraday, elektriksel ve manyetik olayların birleşik doğasına güveniyordu. Bu sayede, daha sonra dünyadaki tüm enerji santralleri için mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren jeneratörlerin tasarımının temelini oluşturan bir keşif yaptı. (Diğer kaynaklar: galvanik hücreler, piller vb. - üretilen enerjinin önemsiz bir kısmını sağlar.)

Faraday, elektrik akımının bir demir parçasını mıknatıslayabileceğini düşündü. Bir mıknatıs da elektrik akımına neden olamaz mı?

Uzun zamandır bu bağlantı algılanamadı. Ana şeyi anlamak zordu: yalnızca hareketli bir mıknatıs veya zamanla değişen bir manyetik alan heyecanlandırabilir elektrik bir makarada.

Aşağıdaki gerçek, ne tür kazaların keşfi engelleyebileceğini göstermektedir. Neredeyse Faraday'la eş zamanlı olarak İsviçreli fizikçi Colladon, bir mıknatıs kullanarak bir bobinde elektrik akımı üretmeye çalıştı. Çalışırken, hafif manyetik iğnesi cihazın bobininin içine yerleştirilen bir galvanometre kullandı. Mıknatısın iğne üzerinde doğrudan bir etkisi olmaması için, Colladon'un içinden bir akım almayı umarak mıknatısı ittiği bobinin uçları yan odaya getirildi ve orada bir galvanometreye bağlandı. Mıknatısı bobine yerleştiren Colladon yan odaya girdi ve hayal kırıklığıyla,

Galvanometrenin herhangi bir akım göstermediğinden emin oldum. Her zaman galvanometreyi izlemesi ve birinden mıknatıs üzerinde çalışmasını istemesi yeterli olsaydı, kayda değer bir keşif yapılmış olurdu. Ama bu olmadı. Bobine göre hareketsiz durumdaki bir mıknatıs, içinde akım üretmez.

Elektromanyetik indüksiyon olgusu, ya zamanla değişen bir manyetik alanda hareketsiz olan ya da sabit bir manyetik alanda, devreden geçen manyetik indüksiyon hatlarının sayısı kadar hareket eden bir iletken devrede bir elektrik akımının meydana gelmesinden oluşur. devre değişiklikleri. 29 Ağustos 1831'de keşfedildi. Yeni ve dikkate değer bir keşfin tarihinin bu kadar kesin olarak bilinmesi nadir görülen bir durumdur. İşte Faraday'ın kendisi tarafından verilen ilk deneyin açıklaması:

“Geniş bir tahta makaraya 203 fit uzunluğunda bir bakır tel sarıldı ve dönüşleri arasında aynı uzunlukta bir tel sarıldı, ancak ilkinden pamuk iplikle izole edildi. Bu spirallerden biri galvanometreye, diğeri ise 100 çift plakadan oluşan güçlü bir bataryaya bağlıydı... Devre kapatıldığında galvanometrede ani fakat son derece zayıf bir hareket fark edildi ve aynı durum akım durdu. Spirallerden birinden sürekli akım geçmesiyle, bataryaya bağlı spiralin tamamının ısınmasına rağmen ne galvanometre üzerinde bir etki ne de diğer spiral üzerinde herhangi bir endüktif etki fark etmek mümkün olmadı. ve kömürlerin arasında sıçrayan kıvılcımın parlaklığı pil gücünü gösteriyordu" (Faraday M. "Elektrikte Deneysel Araştırma", 1. seri).

Böylece başlangıçta, bir devreyi kapatırken ve açarken birbirine göre hareketsiz olan iletkenlerde indüksiyon keşfedildi. Daha sonra, akım taşıyan iletkenleri yaklaştırıp uzaklaştırmanın, devreyi kapatıp açmakla aynı sonuca yol açacağını açıkça anlayan Faraday, bobinlerin birbirini hareket ettirmesiyle akımın ortaya çıktığını deneylerle kanıtladı.

bir arkadaşla ilgili. Ampere'nin çalışmalarına aşina olan Faraday, mıknatısın moleküllerde dolaşan küçük akımların toplamı olduğunu anlamıştı. 17 Ekim'de laboratuvar defterine kaydedildiği üzere, mıknatıs içeri itilirken (veya dışarı çekilirken) bobinde indüklenen bir akım tespit edildi. Bir ay içinde Faraday, elektromanyetik indüksiyon olgusunun tüm temel özelliklerini deneysel olarak keşfetti.

Şu anda herkes Faraday'ın deneylerini tekrarlayabilir. Bunu yapmak için iki bobine, bir mıknatısa, bir dizi elemente ve oldukça hassas bir galvanometreye ihtiyacınız var.

Şekil 238'de gösterilen kurulumda, kapanırken veya açılırken bobinlerden birinde indüklenen bir akım meydana gelir. elektrik devresi birinciye göre sabit olan başka bir bobin. Şekil 239'daki kurulumda bobinlerden birindeki akım gücü bir reosta kullanılarak değiştirilmektedir. Şekil 240, a'da, endüksiyon akımı, bobinler birbirine göre hareket ettiğinde ve Şekil 240, b'de - kalıcı bir mıknatıs bobine göre hareket ettiğinde ortaya çıkar.

Faraday, dışarıdan farklı görünen deneylerde indüksiyon akımının ortaya çıkmasının bağlı olduğu genel şeyi zaten kavramıştı.

Kapalı bir iletken devrede, bu devrenin sınırladığı alanı delen manyetik indüksiyon hatlarının sayısı değiştiğinde bir akım ortaya çıkar. Manyetik indüksiyon hatlarının sayısı ne kadar hızlı değişirse, ortaya çıkan indüksiyon akımı da o kadar büyük olur. Bu durumda manyetik indüksiyon hatlarının sayısındaki değişimin nedeni tamamen önemsizdir. Bu, bitişik bobindeki akım gücündeki bir değişiklik nedeniyle sabit bir iletken devrenin alanına giren manyetik indüksiyon hatlarının sayısındaki bir değişiklik olabilir (Şekil 238) veya nedeniyle indüksiyon hatlarının sayısındaki bir değişiklik olabilir. çizgilerin yoğunluğu uzayda değişen, düzgün olmayan bir manyetik alanda devrenin hareketine (Şekil 241).

Oersted ve Ampere'nin keşiflerinden sonra elektriğin manyetik kuvvete sahip olduğu anlaşıldı. Artık manyetik olayların elektriksel olaylar üzerindeki etkisini doğrulamak gerekiyordu. Faraday bu sorunu zekice çözdü.

Michael Faraday (1791-1867) Londra'nın en fakir bölgelerinden birinde doğdu. Babası demirciydi ve annesi kiracı bir çiftçinin kızıydı. Faraday ulaştığında okul yaşı, ilkokula gönderildi. Faraday'ın burada aldığı kurs çok dardı ve yalnızca okumayı, yazmayı ve saymaya başlamayı öğrenmekle sınırlıydı.

Faraday ailesinin yaşadığı evin birkaç adım ilerisinde aynı zamanda ciltçilik yapan bir kitapçı vardı. Faraday'ın kursunu tamamladıktan sonra geldiği yer burası ilkokul, onun için bir meslek seçmeyle ilgili soru ortaya çıktığında. Michael o sırada sadece 13 yaşındaydı. Zaten gençliğinde, Faraday kendi kendine eğitimine yeni başladığında, yalnızca gerçeklere güvenmeye ve başkalarının mesajlarını kendi deneyimleriyle doğrulamaya çalıştı.

Bu özlemler, kişiliğinin ana özellikleri olarak tüm hayatı boyunca ona egemen oldu. bilimsel aktivite Faraday, çocukluğunda fizik ve kimyayla ilk tanıştığında fiziksel ve kimyasal deneyler yapmaya başladı. Bir gün Michael, büyük İngiliz fizikçisi Humphry Davy'nin derslerinden birine katıldı.

Faraday dersi ayrıntılı bir şekilde not etti, ciltledi ve Davy'ye gönderdi. O kadar etkilendi ki Faraday'ı sekreter olarak kendisiyle çalışmaya davet etti. Kısa süre sonra Davy Avrupa gezisine çıktı ve Faraday'ı da yanına aldı. İki yıl boyunca Avrupa'nın en büyük üniversitelerini ziyaret ettiler.

1815'te Londra'ya dönen Faraday, Londra'daki Kraliyet Enstitüsü'nün laboratuvarlarından birinde asistan olarak çalışmaya başladı. O zamanlar dünyanın en iyi fizik laboratuvarlarından biriydi. 1816'dan 1818'e kadar Faraday kimya üzerine bir dizi küçük not ve kısa anı yayınladı. Faraday'ın fizik üzerine ilk çalışması 1818'e kadar uzanıyor.

Michael, seleflerinin deneyimlerine dayanarak ve kendi deneyimlerinden birkaçını birleştirerek, Eylül 1821'de "Elektromanyetizmanın İlerlemelerinin Tarihi"ni yayınladı. Zaten şu anda, akımın etkisi altında manyetik bir iğnenin sapması olgusunun özüne dair tamamen doğru bir kavram oluşturdu.

Bu başarıyı elde eden Faraday, elektrik alanındaki çalışmalarını on yıl boyunca bıraktı ve kendisini farklı türden birçok konunun incelenmesine adadı. 1823'te Faraday fizik alanındaki en önemli keşiflerden birini yaptı; gazı sıvılaştıran ilk kişi oldu ve aynı zamanda gazları sıvıya dönüştürmek için basit ama etkili bir yöntem kurdu. 1824 yılında Faraday fizik alanında birçok keşifte bulundu.

Diğer şeylerin yanı sıra, ışığın camın rengini etkileyerek onu değiştirdiği gerçeğini ortaya koydu. İÇİNDE gelecek yıl Faraday yeniden fizikten kimyaya yöneldi ve bu alandaki çalışmalarının sonucu olarak benzin ve kükürt-naftalin asidinin keşfi oldu.

1831'de Faraday, "kromotrop" adı verilen mükemmel ve ilginç bir optik merminin temelini oluşturan "Özel Bir Optik Yanılsama Türü Üzerine" adlı bir inceleme yayınladı. Aynı yıl bilim adamının "Titreşimli Plakalar Üzerine" adlı başka bir incelemesi yayınlandı. Bu eserlerin çoğu, yazarlarının adını ölümsüzleştirebilir. Ama en önemlisi bilimsel çalışmalar Faraday'ın araştırması elektromanyetizma ve elektriksel indüksiyon alanlarındadır.

Açıkçası, önemli departman Elektromanyetizma ve endüktif elektrik olaylarını yorumlayan ve şu anda teknoloji için büyük önem taşıyan fizik, Faraday tarafından yoktan yaratıldı.

Faraday nihayet kendini elektrik alanında araştırmaya adadığında, normal koşullar altında elektrikli bir cismin varlığının, etkisinin başka herhangi bir cisimde elektriği harekete geçirmesi için yeterli olduğu tespit edildi. Aynı zamanda içinden akım geçen ve aynı zamanda elektrikli bir gövdeyi temsil eden bir telin, yanına yerleştirilen diğer teller üzerinde herhangi bir etkisinin olmadığı da biliniyordu.

Bu istisnaya ne sebep oldu? Faraday'ı ilgilendiren ve çözümü onu indüksiyon elektriği alanındaki en önemli keşiflere yönlendiren soru budur. Faraday her zamanki gibi konunun özünü açıklığa kavuşturmak için tasarlanmış bir dizi deneye başladı.

Faraday iki yalıtımlı teli birbirine paralel olarak aynı tahta oklavaya sardı. Tellerden birinin uçlarını on hücrelik bir pile, diğerinin uçlarını ise hassas bir galvanometreye bağladı. İlk telden akım geçtiğinde,

Faraday, ikinci teldeki akımın titreşimlerinden fark edilmesini bekleyerek tüm dikkatini galvanometreye çevirdi. Ancak böyle bir şey olmadı: galvanometre sakin kaldı. Faraday mevcut gücü artırmaya karar verdi ve devreye 120 galvanik eleman ekledi. Sonuç aynıydı. Faraday bu deneyi onlarca kez tekrarladı ve hâlâ aynı başarıyı elde etti.

Onun yerinde herhangi biri, deneyleri bir telden geçen akımın komşu tel üzerinde hiçbir etkisi olmadığına ikna olmuş halde bırakırdı. Ancak Faraday her zaman deneylerinden ve gözlemlerinden verebilecekleri her şeyi çıkarmaya çalıştı ve bu nedenle galvanometreye bağlı tel üzerinde doğrudan bir etki alamayınca yan etkileri aramaya başladı.

Akımın tüm geçişi boyunca tamamen sakin kalan galvanometrenin, devrenin kendisi kapatıldığında ve açıldığında salınmaya başladığını hemen fark etti.İlk tele bir akım geçtiği anda ve ayrıca bu iletim durduğunda, ikinci tel de bir akım tarafından uyarılır; bu akım, ilk durumda birinci akımla ters yöndedir ve ikinci durumda onunla aynı yöndedir ve yalnızca bir an sürer.

Birincil olanların etkisiyle oluşan bu ikincil anlık akımlara Faraday tarafından endüktif adı verildi ve bu isim bugüne kadar onlarda kaldı. Anlık olan ve ortaya çıktıktan sonra anında kaybolan endüktif akımların pratikte hiçbir önemi olmayacaktı, eğer Faraday ustaca bir cihaz (komütatör) yardımıyla aküden gelen birincil akımı sürekli olarak kesip tekrar iletmenin bir yolunu bulmasaydı. birinci tel, bu sayede ikinci tel giderek daha fazla yeni endüktif akım tarafından sürekli olarak uyarılır ve böylece sabit hale gelir. Böylece, daha önce bilinenlere (sürtünme ve kimyasal işlemler), indüksiyon ve ek olarak yeni bir elektrik enerjisi kaynağı bulundu. yeni tür Bu enerji endüktif elektriktir.

Deneylerine devam eden Faraday ayrıca, galvanik akımın aktığı başka bir kapalı eğriye yakın bir şekilde bükülmüş bir teli basitçe getirmenin, nötr telde galvanik akımın tersi yönde bir endüktif akımı uyarmak için yeterli olduğunu keşfetti. nötr tel yine içindeki endüktif akımı uyarır, akım zaten sabit tel boyunca akan galvanik akımla aynı yöndedir ve son olarak bu endüktif akımlar yalnızca telin iletkene yaklaşması ve uzaklaştırılması sırasında uyarılır. galvanik akımın etkisi altındadır ve bu hareket olmadan teller birbirine ne kadar yakın olursa olsun akımlar uyarılmaz.

Böylece, galvanik akımın kapanıp durması sırasında yukarıda açıklanan indüksiyon olayına benzer yeni bir olay keşfedildi. Bu keşifler yenilerini doğurdu. Galvanik akımı kısa devre yaptırıp durdurarak endüktif bir akım oluşturmak mümkünse, demirin mıknatıslanması ve manyetikliği giderildiğinde de aynı sonuç elde edilmez mi?

Oersted ve Ampere'nin çalışmaları manyetizma ile elektrik arasındaki ilişkiyi zaten kurmuştu. Demirin, etrafına yalıtılmış bir tel sarıldığında ve bu telin içinden galvanik bir akım geçtiğinde mıknatıs haline geldiği ve demirin mıknatıs haline geldiği biliniyordu. manyetik özellikler Akım durur durmaz bu demir durur.

Faraday bundan yola çıkarak şu tür bir deney yaptı: demir bir halkanın etrafına iki yalıtılmış tel sarıldı; bir tel halkanın bir yarısına, diğeri diğerinin etrafına sarılmıştır. Galvanik pilden gelen akım bir telden geçirildi ve diğerinin uçları bir galvanometreye bağlandı. Ve böylece, akım kapandığında veya durduğunda ve bunun sonucunda demir halka mıknatıslandığında veya mıknatıslığı giderildiğinde, galvanometre iğnesi hızlı bir şekilde salındı ​​ve ardından hızlı bir şekilde durdu, yani nötr telde aynı anlık endüktif akımlar uyarıldı - bu sefer: zaten manyetizmanın etkisi altında.

Böylece ilk kez burada manyetizma elektriğe dönüştürüldü. Bu sonuçları alan Faraday, deneylerini çeşitlendirmeye karar verdi. Demir halka yerine demir şerit kullanmaya başladı. Galvanik akımla demirdeki manyetizmayı uyarmak yerine, demiri kalıcı bir çelik mıknatısa dokundurarak mıknatısladı. Sonuç aynıydı: Daima demirin etrafına sarılı telin içinde! demirin mıknatıslanması ve mıknatıslığının giderilmesi anında bir akım heyecanlandı.

Daha sonra Faraday tel spiralin içine çelik bir mıknatıs soktu; ikincisinin yaklaşması ve çıkarılması telde indüklenen akımlara neden oldu. Tek kelimeyle, heyecan verici indüksiyon akımları anlamında manyetizma, galvanik akımla tamamen aynı şekilde hareket ediyordu.

O dönemde fizikçiler, 1824 yılında Arago tarafından keşfedilen ve her ne kadar açıklanamayan gizemli bir olguyla yoğun bir şekilde ilgileniyorlardı; Bu açıklamanın Arago, Ampère, Poisson, Babage ve Herschel gibi dönemin önde gelen bilim adamları tarafından yoğun bir şekilde arandığı gerçeği.

Konu şuydu. Serbestçe asılı duran manyetik bir iğne, altına manyetik olmayan metalden bir daire yerleştirilirse hızla durur; eğer o zaman daire getirilirse dönme hareketi manyetik iğne onun arkasında hareket etmeye başlar.

İÇİNDE sakin durum Daire ile ok arasında en ufak bir çekim ya da itme fark etmek imkansızdı, oysa aynı daire hareket halindeyken arkasına sadece hafif bir ok değil, aynı zamanda ağır bir mıknatıs da çekiyordu. Bu gerçekten mucizevi olay, o zamanın bilim adamlarına gizemli bir gizem, doğanın sınırlarını aşan bir şey gibi görünüyordu.

Faraday, yukarıdaki verilere dayanarak, bir mıknatısın etkisi altındaki manyetik olmayan metalden oluşan bir dairenin, dönme sırasında manyetik iğneyi etkileyen ve onu mıknatıs boyunca sürükleyen endüktif akımlar tarafından çevrildiği varsayımını yaptı.

Ve aslında, Faraday, büyük bir at nalı mıknatısının kutupları arasına bir dairenin kenarını sokarak ve dairenin merkezini ve kenarını bir tel ile bir galvanometre ile bağlayarak, daire döndüğünde sabit bir elektrik akımı elde etti.

Bunu takiben Faraday, genel merakı uyandıran başka bir olguya odaklandı. Bildiğiniz gibi, bir mıknatısın üzerine demir talaşı serpiştirirseniz, bunlar manyetik eğriler adı verilen belirli çizgiler boyunca gruplanırlar. Bu olguya dikkat çeken Faraday, 1831 yılında manyetik eğrilerin temelini, daha sonra genel kullanıma giren “manyetik kuvvet çizgileri” adını verdi.

Bu "çizgilerin" incelenmesi Faraday'ı yeni bir keşfe götürdü; indüklenen akımları uyarmak için kaynağın manyetik kutba yaklaşımının ve uzaklığının gerekli olmadığı ortaya çıktı. Akımları uyarmak için manyetik kuvvet çizgilerini bilinen bir şekilde geçmek yeterlidir.

Faraday'ın sözü edilen yöndeki ilerideki çalışmaları, çağdaş bakış açısıyla, kesinlikle mucizevi bir karakter kazandı. 1832'nin başında, bir mıknatıs veya galvanik akımın yardımı olmadan endüktif akımların uyarıldığı bir cihazı gösterdi.

Cihaz, bir tel bobine yerleştirilmiş bir demir şeritten oluşuyordu. Bu cihaz, normal koşullar altında, içinde akımların ortaya çıktığına dair en ufak bir işaret vermedi; ancak manyetik iğnenin yönüne karşılık gelen bir yön verildiğinde telde bir akım uyarıldı.

Daha sonra Faraday, manyetik iğnenin konumunu bir bobine verdi ve ardından içine bir demir şerit soktu: akım yeniden heyecanlandı. Bu durumlarda akımın nedeni, sıradan bir mıknatıs veya galvanik akım gibi endüktif akımlara neden olan dünyevi manyetizmaydı. Bunu daha açık bir şekilde göstermek ve kanıtlamak için Faraday, düşüncelerini tamamen doğrulayan başka bir deneye girişti.

Eğer bakır gibi manyetik olmayan metalden yapılmış bir daire, bitişik bir mıknatısın manyetik kuvvet çizgileriyle kesiştiği bir konumda dönerse, endüktif bir akım üretirse, o zaman aynı dairenin, bir manyetik kuvvetin yokluğunda döndüğünü düşündü. Mıknatıs, ancak dairenin dünyevi manyetizma çizgilerini keseceği bir konumda da endüktif bir akım vermelidir.

Ve gerçekten de, yatay bir düzlemde döndürülen bakır bir daire, galvanometre iğnesinde gözle görülür bir sapmaya neden olan bir endüktif akım üretti. Faraday, elektriksel indüksiyon alanındaki araştırmalarını 1835'te "akımın kendi üzerindeki endüktif etkisinin" keşfiyle sonlandırdı.

Galvanik akım kapatıldığında veya açıldığında, bu akımın iletkeni olarak görev yapan telin kendisinde anlık endüktif akımların uyarıldığını buldu.

Rus fizikçi Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) indüksiyon akımının yönünü belirlemek için bir kural verdi. A.A. "İndüksiyon akımı her zaman, yarattığı manyetik alanın indüksiyona neden olan hareketi karmaşıklaştıracak veya engelleyecek şekilde yönlendirildiğini" belirtiyor. Korobko-Stefanov elektromanyetik indüksiyon hakkındaki makalesinde. - Örneğin bir bobin bir mıknatısa yaklaştığında ortaya çıkan indüklenen akım öyle bir yöne sahiptir ki oluşturduğu manyetik alan mıknatısın manyetik alanına zıt olacaktır. Bunun sonucunda bobin ile mıknatıs arasında itici kuvvetler ortaya çıkar.

Lenz kuralı enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasından kaynaklanmaktadır. Eğer indüklenen akımlar onlara neden olan hareketi hızlandırsaydı, o zaman iş yoktan var olurdu. Bobinin kendisi, hafif bir itmeden sonra mıknatısa doğru hızlanacak ve aynı zamanda endüksiyon akımı içindeki ısıyı serbest bırakacaktır. Gerçekte indüklenen akım, mıknatıs ile bobinin birbirine yakınlaştırılması işi nedeniyle yaratılır.

İndüklenen akım neden oluşur? Elektromanyetik indüksiyon olgusunun derin bir açıklaması, elektromanyetik alanın eksiksiz bir matematiksel teorisinin yaratıcısı olan İngiliz fizikçi James Clerk Maxwell tarafından yapıldı.

Konunun özünü daha iyi anlamak için çok basit bir deney düşünün. Bobinin bir tel dönüşünden oluşmasına ve dönüş düzlemine dik bir alternatif manyetik alan tarafından delinmesine izin verin. Bobinde doğal olarak indüklenen bir akım ortaya çıkar. Maxwell bu deneyi son derece cesur ve beklenmedik bir şekilde yorumladı.

Maxwell'e göre uzayda bir manyetik alan değiştiğinde, tel bobinin varlığının hiçbir önemi olmayan bir süreç ortaya çıkar. Burada asıl önemli olan kapalı ring hatlarının ortaya çıkmasıdır. Elektrik alanı değişen bir manyetik alanı kapsıyor. Ortaya çıkan elektrik alanının etkisi altında elektronlar hareket etmeye başlar ve bobinde bir elektrik akımı ortaya çıkar. Bobin basitçe elektrik alanını algılayan bir cihazdır.

Elektromanyetik indüksiyon olgusunun özü, alternatif bir manyetik alanın her zaman çevredeki alanda kapalı kuvvet çizgileri olan bir elektrik alanı üretmesidir. Böyle bir alana girdap alanı denir."

Karasal manyetizmanın ürettiği indüksiyon alanındaki araştırmalar, Faraday'a 1832 yılında telgraf fikrini ifade etme fırsatı verdi ve bu, daha sonra bu buluşun temelini oluşturdu. Genel olarak, elektromanyetik indüksiyonun keşfi sebepsiz yere en çok araştırılanlardan biri olarak kabul edilmez. olağanüstü keşifler XIX yüzyıl - tüm dünyada milyonlarca elektrik motorunun ve elektrik akımı jeneratörünün çalışması bu olguya dayanmaktadır...

Bilgi kaynağı: Samin D.K. “Yüz Büyük Bilimsel Keşif.”, M.: “Veche”, 2002.

Oersted ve Ampere'nin keşiflerinden sonra elektriğin manyetik kuvvete sahip olduğu anlaşıldı. Artık manyetik olayların elektriksel olaylar üzerindeki etkisini doğrulamak gerekiyordu. Faraday bu sorunu zekice çözdü.

Michael Faraday (1791-1867) Londra'nın en fakir bölgelerinden birinde doğdu. Babası demirciydi ve annesi kiracı bir çiftçinin kızıydı. Faraday okul çağına geldiğinde ilkokula gönderildi. Faraday'ın burada aldığı kurs çok dardı ve yalnızca okumayı, yazmayı ve saymaya başlamayı öğrenmekle sınırlıydı.

Faraday ailesinin yaşadığı evin birkaç adım ilerisinde aynı zamanda ciltçilik yapan bir kitapçı vardı. Faraday'ın ilkokul eğitimini tamamladıktan sonra kendisi için meslek seçme sorunu ortaya çıktığında geldiği yer burasıydı. Michael o sırada sadece 13 yaşındaydı.

Zaten gençliğinde, Faraday kendi kendine eğitimine yeni başladığında, yalnızca gerçeklere güvenmeye ve başkalarının mesajlarını kendi deneyimleriyle doğrulamaya çalıştı. Bu özlemler, bilimsel faaliyetinin temel özellikleri olarak tüm hayatı boyunca ona egemen oldu.

Faraday, çocukluğunda fizik ve kimyayla ilk tanıştığında fiziksel ve kimyasal deneyler yapmaya başladı. Bir gün Michael, büyük İngiliz fizikçisi Humphry Davy'nin derslerinden birine katıldı. Faraday dersi ayrıntılı bir şekilde not etti, ciltledi ve Davy'ye gönderdi. O kadar etkilendi ki Faraday'ı sekreter olarak kendisiyle çalışmaya davet etti. Kısa süre sonra Davy Avrupa gezisine çıktı ve Faraday'ı da yanına aldı. İki yıl boyunca Avrupa'nın en büyük üniversitelerini ziyaret ettiler.

1815'te Londra'ya dönen Faraday, Londra'daki Kraliyet Enstitüsü'nün laboratuvarlarından birinde asistan olarak çalışmaya başladı. O zamanlar dünyanın en iyi fizik laboratuvarlarından biriydi. 1816'dan 1818'e kadar Faraday kimya üzerine bir dizi küçük not ve kısa anı yayınladı. Faraday'ın fizik üzerine ilk çalışması 1818'e kadar uzanıyor.

Michael, seleflerinin deneyimlerine dayanarak ve kendi deneyimlerinden birkaçını birleştirerek, Eylül 1821'de "Elektromanyetizmanın İlerlemelerinin Tarihi"ni yayınladı. Zaten şu anda, akımın etkisi altında manyetik bir iğnenin sapması olgusunun özüne dair tamamen doğru bir kavram oluşturdu. Bu başarıyı elde eden Faraday, elektrik alanındaki çalışmalarını on yıl boyunca bıraktı ve kendisini farklı türden birçok konunun incelenmesine adadı.

1823'te Faraday fizik alanındaki en önemli keşiflerden birini yaptı; gazı sıvılaştıran ilk kişi oldu ve aynı zamanda gazları sıvıya dönüştürmek için basit ama etkili bir yöntem kurdu.

1824 yılında Faraday fizik alanında birçok keşifte bulundu. Diğer şeylerin yanı sıra, ışığın camın rengini etkileyerek onu değiştirdiği gerçeğini ortaya koydu.

1831'de Faraday, "kromotrop" adı verilen mükemmel ve ilginç bir optik merminin temelini oluşturan "Özel Bir Optik Yanılsama Türü" üzerine bir inceleme yayınladı. Aynı yıl bilim adamının "Titreşimli Plakalar Üzerine" adlı başka bir incelemesi yayınlandı.

Bu eserlerin çoğu, yazarlarının adını ölümsüzleştirebilir. Ancak Faraday'ın bilimsel çalışmalarının en önemlisi elektromanyetizma ve elektriksel indüksiyon alanındaki çalışmalarıdır. Açıkça söylemek gerekirse, elektromanyetizma ve endüktif elektrik olaylarını ele alan ve şu anda teknoloji için büyük önem taşıyan önemli bir fizik dalı, Faraday tarafından yoktan yaratıldı.

Faraday nihayet kendini elektrik alanında araştırmaya adadığında, normal koşullar altında elektrikli bir cismin varlığının, etkisinin başka herhangi bir cisimde elektriği harekete geçirmesi için yeterli olduğu tespit edildi.

Aynı zamanda içinden akım geçen ve aynı zamanda elektrikli bir gövdeyi temsil eden bir telin, yanına yerleştirilen diğer teller üzerinde herhangi bir etkisinin olmadığı da biliniyordu. Bu istisnaya ne sebep oldu? Faraday'ı ilgilendiren ve çözümü onu indüksiyon elektriği alanındaki en önemli keşiflere yönlendiren soru budur.

Faraday her zamanki gibi konunun özünü açıklığa kavuşturmak için tasarlanmış bir dizi deneye başladı. Faraday iki yalıtımlı teli birbirine paralel olarak aynı tahta oklavaya sardı. Tellerden birinin uçlarını on hücrelik bir pile, diğerinin uçlarını ise hassas bir galvanometreye bağladı. İlk telden bir akım geçtiğinde, Faraday tüm dikkatini galvanometreye çevirdi ve titreşimlerinden ikinci telde bir akımın ortaya çıktığını fark etmeyi bekledi. Ancak böyle bir şey olmadı: galvanometre sakin kaldı. Faraday mevcut gücü artırmaya karar verdi ve devreye 120 galvanik eleman ekledi. Sonuç aynıydı. Faraday bu deneyi onlarca kez tekrarladı ve hâlâ aynı başarıyı elde etti. Onun yerinde herhangi biri, deneyleri bir telden geçen akımın komşu tel üzerinde hiçbir etkisi olmadığına ikna olmuş halde bırakırdı. Ancak Faraday her zaman deneylerinden ve gözlemlerinden verebilecekleri her şeyi çıkarmaya çalıştı ve bu nedenle galvanometreye bağlı tel üzerinde doğrudan bir etki alamayınca yan etkileri aramaya başladı.

Akımın tüm geçişi boyunca tamamen sakin kalan galvanometrenin, devre kapatıldığında ve açıldığında salınmaya başladığını hemen fark etti. İlk kabloya bir akım geçtiği anda ve ayrıca bu iletim durduğunda, ikinci kabloda da bir akımın uyarıldığı ortaya çıktı; bu, ilk durumda birinci akıma zıt yönde ve aynı ikinci durumda onunla birlikte ve sadece bir an sürer Birincil olanların etkisinin neden olduğu ikincil anlık akımlara Faraday tarafından endüktif denildi ve bu isim bugüne kadar onlarda kaldı.

Anlık olan ve ortaya çıktıktan sonra anında kaybolan endüktif akımların pratikte hiçbir önemi olmayacaktı, eğer Faraday ustaca bir cihaz (komütatör) yardımıyla aküden gelen birincil akımı sürekli olarak kesip tekrar iletmenin bir yolunu bulmasaydı. birinci tel, bu sayede ikinci tel giderek daha fazla yeni endüktif akım tarafından sürekli olarak uyarılır ve böylece sabit hale gelir. Böylece, daha önce bilinenlere (sürtünme ve kimyasal işlemler), indüksiyona ve bu enerjinin yeni bir türü olan endüktif elektriğe ek olarak yeni bir elektrik enerjisi kaynağı bulundu.

Deneylerine devam eden Faraday ayrıca, galvanik akımın aktığı başka bir kapalı eğriye yakın bir şekilde bükülmüş bir teli basitçe getirmenin, nötr telde galvanik akımın tersi yönde bir endüktif akımı uyarmak için yeterli olduğunu keşfetti. nötr tel yine içindeki endüktif akımı uyarır, akım zaten sabit tel boyunca akan galvanik akımla aynı yöndedir ve son olarak bu endüktif akımlar yalnızca telin iletkene yaklaşması ve uzaklaştırılması sırasında uyarılır. galvanik akımın etkisi altındadır ve bu hareket olmadan teller birbirine ne kadar yakın olursa olsun akımlar uyarılmaz. Böylece, galvanik akımın kapanıp durması sırasında yukarıda açıklanan indüksiyon olayına benzer yeni bir olay keşfedildi.

Bu keşifler yenilerini doğurdu. Galvanik akımı kısa devre yaptırıp durdurarak endüktif bir akım oluşturmak mümkünse, demirin mıknatıslanması ve manyetikliği giderildiğinde de aynı sonuç elde edilmez mi? Oersted ve Ampere'nin çalışmaları manyetizma ile elektrik arasındaki ilişkiyi zaten kurmuştu. Demirin, etrafına yalıtkan bir tel sarılıp içinden galvanik akım geçtiğinde mıknatıs haline geldiği, akım durduğu anda bu demirin manyetik özelliklerinin de sona erdiği biliniyordu. Faraday bundan yola çıkarak şu tür bir deney yaptı: demir bir halkanın etrafına iki yalıtılmış tel sarıldı; bir tel halkanın bir yarısına, diğeri diğerinin etrafına sarılmıştır.

Bu sonuçları alan Faraday, deneylerini çeşitlendirmeye karar verdi. Demir halka yerine demir şerit kullanmaya başladı. Galvanik akımla demirdeki manyetizmayı uyarmak yerine, demiri kalıcı bir çelik mıknatısa dokundurarak mıknatısladı. Sonuç aynıydı: Daima demirin etrafına sarılı telin içinde! demirin mıknatıslanması ve mıknatıslığının giderilmesi anında bir akım heyecanlandı. Daha sonra Faraday tel spiralin içine çelik bir mıknatıs soktu; ikincisinin yaklaşması ve çıkarılması telde indüklenen akımlara neden oldu. Tek kelimeyle, heyecan verici indüksiyon akımları anlamında manyetizma, galvanik akımla tamamen aynı şekilde hareket ediyordu.

O dönemde fizikçiler, 1824 yılında Arago tarafından keşfedilen ve her ne kadar açıklanamayan gizemli bir olguyla yoğun bir şekilde ilgileniyorlardı; Bu açıklamanın Arago, Ampère, Poisson, Babage ve Herschel gibi dönemin önde gelen bilim adamları tarafından yoğun bir şekilde arandığı gerçeği. Durum I aşağıdaki gibiydi. Serbestçe asılı duran manyetik bir iğne, altına manyetik olmayan metalden bir daire yerleştirilirse hızla durur; Eğer daire daha sonra döndürülürse, manyetik iğne onun arkasında hareket etmeye başlar. Sakin bir durumda, 5. daire ile ok arasında en ufak bir çekim veya itme keşfetmek imkansızdı, aynı daire hareket halindeyken arkasına sadece hafif bir ok değil, aynı zamanda ağır bir mıknatıs da çekiyordu. Bu gerçekten mucizevi olay, o zamanın bilim adamlarına gizemli bir gizem, doğanın sınırlarını aşan bir şey gibi görünüyordu. Faraday, yukarıdaki verilere dayanarak, bir mıknatısın etkisi altındaki manyetik olmayan metalden oluşan bir dairenin, dönme sırasında manyetik iğneyi etkileyen ve onu mıknatıs boyunca sürükleyen endüktif akımlar tarafından çevrildiği varsayımını yaptı. Ve aslında, Faraday, büyük bir at nalı mıknatısının kutupları arasına bir dairenin kenarını sokarak ve dairenin merkezini ve kenarını bir tel ile bir galvanometre ile bağlayarak, daire döndüğünde sabit bir elektrik akımı elde etti.

Bunu takiben Faraday, genel merakı uyandıran başka bir olguya odaklandı. Bildiğiniz gibi, bir mıknatısın üzerine demir talaşı serpiştirirseniz, bunlar manyetik eğriler adı verilen belirli çizgiler boyunca gruplanırlar. Bu olguya dikkat çeken Faraday, 1831 yılında manyetik eğrilere daha sonra genel kullanıma giren “manyetik kuvvet çizgileri” adını verdi. Bu "çizgilerin" incelenmesi Faraday'ı yeni bir keşfe götürdü; indüklenen akımları uyarmak için kaynağın manyetik kutba yaklaşımının ve uzaklığının gerekli olmadığı ortaya çıktı. Akımları uyarmak için manyetik kuvvet çizgilerini bilinen bir şekilde geçmek yeterlidir.

Faraday'ın sözü edilen yöndeki ilerideki çalışmaları, çağdaş bakış açısıyla, kesinlikle mucizevi bir karakter kazandı. 1832'nin başında, bir mıknatıs veya galvanik akımın yardımı olmadan endüktif akımların uyarıldığı bir cihazı gösterdi.

Cihaz, bir tel bobine yerleştirilmiş bir demir şeritten oluşuyordu.

Faraday, elektriksel indüksiyon alanındaki araştırmalarını 1835'te "akımın kendi üzerindeki endüktif etkisinin" keşfiyle sonlandırdı. Galvanik akım kapatıldığında veya açıldığında, bu akımın iletkeni olarak görev yapan telin kendisinde anlık endüktif akımların uyarıldığını buldu.

Rus fizikçi Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) indüksiyon akımının yönünü belirlemek için bir kural verdi.

A.A. "İndüksiyon akımı her zaman, yarattığı manyetik alanın indüksiyona neden olan hareketi karmaşıklaştıracak veya engelleyecek şekilde yönlendirildiğini" belirtiyor. Korobko-Stefanov elektromanyetik indüksiyon hakkındaki makalesinde. - Örneğin bir bobin bir mıknatısa yaklaştığında ortaya çıkan indüklenen akım öyle bir yöne sahiptir ki oluşturduğu manyetik alan mıknatısın manyetik alanına zıt olacaktır. Bunun sonucunda bobin ile mıknatıs arasında itici kuvvetler ortaya çıkar.

Lenz kuralı enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasından kaynaklanmaktadır. Eğer indüklenen akımlar onlara neden olan hareketi hızlandırsaydı, o zaman iş yoktan var olurdu. Bobinin kendisi, hafif bir itmeden sonra mıknatısa doğru hızlanacak ve aynı zamanda endüksiyon akımı içindeki ısıyı serbest bırakacaktır. Gerçekte indüklenen akım, mıknatıs ile bobinin birbirine yakınlaştırılması işi nedeniyle yaratılır.

İndüklenen akım neden oluşur? Elektromanyetik indüksiyon olgusunun derin bir açıklaması, elektromanyetik alanın tam bir matematiksel teorisinin yaratıcısı olan İngiliz fizikçi James Clerk Maxwell tarafından yapılmıştır.

Konunun özünü daha iyi anlamak için çok basit bir deney düşünün. Bobinin bir tel dönüşünden oluşmasına ve dönüş düzlemine dik bir alternatif manyetik alan tarafından delinmesine izin verin. Bobinde doğal olarak indüklenen bir akım ortaya çıkar. Maxwell bu deneyi son derece cesur ve beklenmedik bir şekilde yorumladı. Maxwell'e göre uzayda bir manyetik alan değiştiğinde, tel bobinin varlığının hiçbir önemi olmayan bir süreç ortaya çıkar. Burada asıl önemli olan, değişen bir manyetik alanı kapsayan kapalı halka şeklinde elektrik alan çizgilerinin ortaya çıkmasıdır.

Ortaya çıkan elektrik alanının etkisi altında elektronlar hareket etmeye başlar ve bobinde bir elektrik akımı ortaya çıkar. Bobin basitçe elektrik alanını algılayan bir cihazdır. Elektromanyetik indüksiyon olgusunun özü, alternatif bir manyetik alanın her zaman çevredeki alanda kapalı kuvvet çizgileri olan bir elektrik alanı üretmesidir. Böyle bir alana girdap alanı denir."

Karasal manyetizmanın ürettiği indüksiyon alanındaki araştırmalar, Faraday'a 1832 yılında telgraf fikrini ifade etme fırsatı verdi ve bu, daha sonra bu buluşun temelini oluşturdu.

Genel olarak, elektromanyetik indüksiyonun keşfinin 19. yüzyılın en olağanüstü keşiflerinden biri olarak görülmesi boşuna değildir - dünya çapında milyonlarca elektrik motorunun ve elektrik akımı jeneratörünün çalışması bu olguya dayanmaktadır...

>> Elektromanyetik indüksiyonun keşfi

Bölüm 2. ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON

Şu ana kadar zamanla değişmeyen elektrik ve manyetik alanları ele aldık. Elektrostatik alanın sabit yüklü parçacıklar tarafından, manyetik alanın ise hareketli parçacıklar tarafından, yani elektrik akımı tarafından yaratıldığı bulunmuştur. Şimdi zamanla değişen elektrik ve manyetik alanları tanıyalım.

Keşfedilen en önemli gerçek, elektrik ve manyetik alanlar arasındaki yakın ilişkidir. Zamanla değişen bir manyetik alanın bir elektrik alanı ürettiği ve değişen bir elektrik alanının bir manyetik alan ürettiği ortaya çıktı. Alanlar arasındaki bu bağlantı olmasaydı, elektromanyetik kuvvetlerin tezahürlerinin çeşitliliği gerçekte olduğu kadar kapsamlı olmazdı. Radyo dalgaları ya da ışık olmayacaktı.

§ 8 ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYONUN KEŞFİ

1821'de M. Faraday günlüğüne şunu yazdı: "Manyetizmayı elektriğe dönüştürün." 10 yıl sonra bu sorunu çözdü.

Elektromanyetik etkileşimlerin yeni özelliklerinin keşfindeki ilk ve belirleyici adımın, elektriksel ve manyetik olayların birleşik doğasına güvenen elektromanyetik alan kavramının kurucusu M. Faraday tarafından atılması tesadüf değildir. Bu sayede dünyadaki tüm enerji santrallerinde mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren jeneratörlerin tasarımına temel oluşturan bir keşif yaptı. (Diğer prensiplere göre çalışan kaynaklar: galvanik hücreler, piller vb. üretilen elektrik enerjisinin önemsiz bir kısmını sağlar.)

M. Faraday, elektrik akımının bir demir parçasını mıknatıslama yeteneğine sahip olduğunu düşündü. Bir mıknatıs da elektrik akımına neden olamaz mı? Uzun süre bu bağlantı keşfedilemedi. Ana şeyi anlamak zordu: Hareket eden bir mıknatıs veya zamanla değişen bir manyetik alan, bir bobindeki elektrik akımını harekete geçirebilir.

Aşağıdaki gerçek, ne tür kazaların keşfi engelleyebileceğini göstermektedir. Neredeyse Faraday ile eşzamanlı olarak İsviçreli fizikçi Colladon, bir mıknatıs kullanarak bir bobinde elektrik akımı elde etmeye çalıştı. Çalışması sırasında, hafif manyetik iğnesi cihazın bobininin içine yerleştirilen bir galvanometre kullandı. Mıknatısın iğneyi doğrudan etkilemesini önlemek için, Colladon'un içinde akım üretmesi umuduyla mıknatısı yerleştirdiği bobinin uçları bir sonraki odaya götürüldü ve orada bir galvanometreye bağlandı. Mıknatısı bobine yerleştiren Colladon yan odaya gitti ve galvanometrenin herhangi bir akım göstermediğini görünce hayal kırıklığına uğradı. Her zaman galvanometreyi izlemesi ve birinden mıknatıs üzerinde çalışmasını istemesi yeterli olsaydı, kayda değer bir keşif yapılmış olurdu. Ama bu olmadı. Bobine göre hareketsiz durumdaki bir mıknatıs, içinde akım üretmez.