Otkriće elektromagnetne indukcije omogućilo je pojavu. O istoriji otkrića fenomena elektromagnetne indukcije

Istorija otkrića elektromagnetne indukcije. Otkrića Hansa Christiana Oersteda i Andréa Marie Amperea pokazala su da elektricitet ima magnetsku silu. Utjecaj magnetnih pojava na električne fenomene otkrio je Michael Faraday. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () "Pretvorite magnetizam u elektricitet," napisao je u svom dnevniku 1822. Engleski fizičar, osnivač teorije elektromagnetnog polja, strani počasni član Petrogradske akademije nauka (1830).

Opis eksperimenata Michaela Faradaya drveni blok namotan sa dve bakarne žice. Jedna od žica bila je spojena na galvanometar, druga na jaku bateriju. Kada se sklop zatvori, na galvanometru je uočeno iznenadno, ali izuzetno slabo djelovanje, a isto djelovanje primijećeno je i kada se struja zaustavi. Kontinuiranim prolaskom struje kroz jednu od spirala nije bilo moguće uočiti odstupanja igle galvanometra

Opis eksperimenata Michaela Faradaya Drugi eksperiment se sastojao od snimanja naleta struje na krajevima zavojnice unutar koje je umetnut trajni magnet. Faraday je takve eksplozije nazvao "valovima struje"

EMF indukcije EMF indukcije, koji izaziva izbijanje struje („električne talase“), ne zavisi od veličine magnetnog fluksa, već od brzine njegove promene.

1. Odrediti smjer linija indukcije vanjskog polja B (napuštaju N i ulaze u S). 2. Odredite da li se povećava ili smanjuje magnetni fluks kroz kolo (ako se magnet gurne u prsten, onda F> 0, ako se izvuče, zatim F 0, ako se ugasi, zatim F 0, ako se ugasi, zatim F 0, ako se ugasi , zatim F 0, ako se ugasi, onda F
3. Odrediti smjer indukcionih linija magnetskog polja B stvorenog induktivnom strujom (ako je F>0, onda su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako je F 0, onda su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako je F 0, onda su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako je F 0, onda su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako je F 0, onda su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako F

Pitanja Formulirajte zakon elektromagnetne indukcije. Ko je osnivač ovog zakona? Šta je indukovana struja i kako odrediti njen smjer? Od čega zavisi EMF vrijednost indukcija? Kakav princip rada električni aparati na osnovu zakona elektromagnetne indukcije?

Elektromagnetna indukcija je fenomen koji se sastoji u pojavi električna struja u zatvorenom vodiču kao rezultat promjene magnetskog polja u kojem se nalazi. Ovaj fenomen je otkrio engleski fizičar M. Faraday 1831. godine. Njegova suština se može objasniti nekoliko jednostavnih eksperimenata.

Opisano u Faradejevim eksperimentima princip prijema naizmjenična struja koristi se u indukcijskim generatorima koji proizvode električnu energiju u termo ili hidroelektranama. Otpor rotaciji rotora generatora, koji nastaje kada indukcijska struja stupi u interakciju s magnetskim poljem, prevladava se radom parne ili hidraulične turbine koja rotira rotor. Takvi generatori pretvaraju mehaničku energiju u električnu energiju .

Vrtložne struje ili Foucaultove struje

Ako se masivni provodnik stavi u naizmjenično magnetsko polje, tada u tom vodiču, zbog fenomena elektromagnetne indukcije, nastaju vrtložne indukcijske struje tzv. Foucaultove struje.

Vrtložne struje također nastaju kada se masivni provodnik kreće u konstantnom, ali nehomogenom magnetnom polju u prostoru. Foucaultove struje imaju takav smjer da sila koja djeluje na njih u magnetskom polju usporava kretanje vodiča. Klatno u obliku čvrstog tijela metalna ploča napravljen od nemagnetnog materijala, koji oscilira između polova elektromagneta, naglo prestaje kada se magnetsko polje uključi.

U mnogim slučajevima, zagrijavanje uzrokovano Foucaultovim strujama pokazuje se štetnim i s njim se treba pozabaviti. Jezgra transformatora, rotori elektromotora izrađuju se od zasebnih željeznih ploča odvojenih slojevima izolatora koji sprječava razvoj velikih indukcijskih struja, a same ploče su izrađene od legura visoke otpornosti.

Elektromagnetno polje

Električno polje koje stvaraju stacionarna naelektrisanja je statičko i djeluje na naboje. Jednosmjerna struja uzrokuje pojavu magnetskog polja konstantnog u vremenu koje djeluje na pokretne naboje i struje. Električni i magnetsko polje postoje u ovom slučaju nezavisno jedna od druge.

Fenomen elektromagnetna indukcija pokazuje interakciju ovih polja, uočenu u supstancama u kojima postoje slobodni naboji, odnosno u provodnicima. Naizmjenično magnetsko polje stvara naizmjenično električno polje, koji, djelujući na slobodna naelektrisanja, stvara električnu struju. Ova struja, budući da je naizmjenična, zauzvrat stvara naizmjenično magnetsko polje, koje stvara električno polje u istom vodiču, itd.

Kombinacija naizmjeničnih električnih i naizmjeničnih magnetnih polja koja generiraju jedno drugo naziva se elektromagnetno polje. Može postojati u mediju u kojem nema slobodnih naelektrisanja, a širi se u svemiru u obliku elektromagnetnog talasa.

klasična elektrodinamika- jedno od najvećih dostignuća ljudskog uma. Imala je ogroman uticaj na kasniji razvoj ljudske civilizacije, predviđajući postojanje elektromagnetnih talasa. To je kasnije dovelo do stvaranja radija, televizije, telekomunikacionih sistema, satelitske navigacije, kao i kompjutera, industrijskih i kućnih robota i drugih atributa savremenog života.

kamen temeljac Maxwellove teorije bila je tvrdnja da samo naizmjenično električno polje može poslužiti kao izvor magnetskog polja, kao što naizmjenično magnetsko polje služi kao izvor električnog polja koje stvara indukcijsku struju u vodiču. Prisutnost provodnika u ovom slučaju nije potrebna - električno polje nastaje i u praznom prostoru. Linije naizmjeničnog električnog polja, slično kao i linije magnetskog polja, zatvorene su. Električno i magnetsko polje elektromagnetnog talasa su jednake.

Elektromagnetna indukcija u dijagramima i tabelama

U udžbeniku fizike za IX razred, kratka digresija u istoriji otkrića dotičnog zakona. Pregled treba dopuniti. Govorimo o fundamentalnom zakonu prirode, a vi morate otkriti sve njegove aspekte u procesu nastajanja. Priča o Faradejevom procesu traženja zakona posebno je poučna i ovdje nema potrebe gubiti vrijeme.
Michael Faraday rođen je 1791. godine u okolini Londona u porodici kovača. Njegov otac nije imao sredstava da plati svoje studije, a sa 13 godina Faraday je bio primoran da počne da uči knjigovezivanje. Srećom, bio je šegrt kod vlasnika knjižare. Radoznali dječak željno čita, a nimalo laku literaturu. Privukli su ga članci o prirodne nauke u Encyclopædia Britannica, proučavao je Marsove Rasprave o hemiji. Godine 1811. Faraday je počeo pohađati javna predavanja o fizici poznatog londonskog pedagoga Tatuma.
Prekretnica u Faradejevom životu bila je 1812. Klijent vlasnika knjižare, član Kraljevski institut Dance je preporučio mladiću da sluša predavanja poznatog hemičara Gamfrna Davyja. Faraday ga je slijedio dobar savjet; nestrpljivo je slušao i pažljivo beležio. Po savjetu istog Dancea, obradio je bilješke i poslao ih Davyju, dodajući zahtjev za mogućnost istraživačkog rada. Godine 1813. Faraday je dobio posao laboratorijskog asistenta u hemijskoj laboratoriji Kraljevskog instituta, koju je vodio Davy.
U početku je Faraday bio hemičar. Brzo kreće putem samostalne kreativnosti, a Devin ponos često mora da pati od uspeha učenika. Godine 1820. Faraday je saznao za Oerstedovo otkriće i od tada njegove misli upijaju elektricitet i magnetizam. Započinje svoje čuveno eksperimentalno istraživanje, koje je dovelo do transformacije fizičkog mišljenja. Godine 1823. Faraday je izabran za člana Kraljevskog društva u Londonu, a zatim imenovan za direktora fizičkih i hemijskih laboratorija Kraljevskog instituta. Unutar zidova ovih laboratorija, najveća otkrića. Faradejev život, spolja monoton, upečatljiv je svojom kreativnom napetošću. O tome svjedoči trotomno djelo "Eksperimentalna istraživanja elektriciteta", koje odražava korak po korak kreativan način genije.
U 1820, Faraday to fundamentalno postavlja novi problem: "pretvori magnetizam u elektricitet." To je bilo ubrzo nakon otkrića magnetskog djelovanja struja. U Oerstedovom eksperimentu, električna struja djeluje na magnet. Budući da su, prema Faradeyu, sve sile prirode međusobno konvertibilne, moguće je, naprotiv, magnetskom silom pobuditi električnu struju.
Faraday ukapljuje gasove, vrši fine hemijske analize, otkriva novo Hemijska svojstva supstance. Ali njegov um je nemilosrdno zaokupljen postavljenim problemom. Godine 1822. opisuje pokušaj da se detektuje "stanje" zbog strujnog toka: "da se polarizira snop svjetlosti iz lampe refleksijom i pokuša otkriti je li voda koja se nalazi između polova voltne baterije u staklena posuda... "Faraday se nadao da će na ovaj način dobiti neke informacije o svojstvima struje. Ali iskustvo nije dalo ništa. Sljedeća dolazi 1825. Faraday objavljuje članak " elektromagnetna struja(pod uticajem magneta)”, u kojem iznosi sljedeću misao. Ako struja djeluje na magnet, on mora doživjeti reakciju. „Iz raznih razloga“, piše Faraday, „iznesena je pretpostavka da je približavanje pola jak magnetće smanjiti električnu struju. I opisuje iskustvo koje realizuje ovu ideju.
Dnevnik od 28. novembra 1825. opisuje slično iskustvo. Baterija galvanske ćelije povezani žicom. Paralelno s ovom žicom bila je još jedna (žice su bile odvojene dvostrukim slojem papira), čiji su krajevi bili spojeni na galvanometar. Činilo se da je Faraday ovako razmišljao. Ako je struja kretanje električne tekućine i to kretanje djeluje na trajni magnet – skup struja (prema Amperovoj hipotezi), tada bi pokretna tekućina u jednom provodniku trebala natjerati da se nepokretni jedan pomakne u drugom, a galvanometar treba popraviti struju. “Različita razmatranja” o kojima je Faraday pisao prilikom predstavljanja prvog eksperimenta svodila su se na isto, samo što se tu očekivala reakcija električne tekućine koja se kreće u vodiču od molekularnih struja stalnog magneta. Ali eksperimenti su dali negativan rezultat.
Rješenje je došlo 1831. godine, kada je Faraday sugerirao da bi se indukcija trebala dogoditi s nestacionarnim procesom. To je bila ključna ideja koja je dovela do otkrića fenomena elektromagnetne indukcije.
Moguće je da ga je poruka primljena iz Amerike natjerala da se okrene ideji promjene struje. Vijest je stigla od američkog fizičara Josepha Henryja (1797 - 1878).
U mladosti Henri nije pokazao ni izuzetne sposobnosti ni interesovanje za nauku. Odrastao je u siromaštvu, bio je farmer, glumac. Baš kao i Faraday, on se obrazuje. Počeo je da studira sa 16 godina na Akademiji Albany. Za sedam mjeseci naučio je toliko znanja da se zaposlio kao učitelj seoska škola. Henry je tada radio za profesora hemije Becka kao asistent na predavanjima. Kombinovao je rad sa studijama na akademiji. Nakon završetka kursa, Henry je imenovan za inženjera i inspektora na kanalu Erie. Nekoliko mjeseci kasnije, napustio je ovu unosnu poziciju, prihvativši poziv za mjesto profesora matematike i fizike u Albanyju. U to vrijeme, engleski izumitelj William Sturgeon (1783 - 1850) izvijestio je o svom izumu magneta potkovice koji može podići čelično tijelo teško i do četiri kilograma.
Henry se zainteresovao za elektromagnetizam. Odmah je pronašao način da poveća podizanje na tonu. To je postignuto novom tehnikom u to vrijeme: umjesto izolacije tijela magneta, žica je bila izolirana. Otkriven je način stvaranja višeslojnih namotaja. Davne 1831. Henry je pokazao mogućnost izgradnje elektromotora, izumio elektromagnetski relej i uz njegovu pomoć demonstrirao prijenos električnih signala na daljinu, predviđajući Morseov izum (Morseov telegraf se pojavio 1837. godine).
Kao i Faraday, Henry je sebi postavio zadatak da dobije električnu struju pomoću magneta. Ali ovo je bila izjava o problemu pronalazača. A potragu je vodila gola intuicija. Otkriće se dogodilo nekoliko godina prije Faradayevih eksperimenata. Postavka Henrijevog ključnog eksperimenta prikazana je na slici 9. Ovdje je sve isto kao što je prikazano do sada. Samo mi preferiramo praktičniji akumulator od galvanske ćelije, a umjesto torzijskih vaga koristimo galvanometar.
Ali Henry nikome nije rekao za ovo iskustvo. „Trebao sam ovo da odštampam ranije“, rekao je skrušeno svojim prijateljima, „ali sam imao tako malo vremena! Želio sam rezultate unijeti u neku vrstu sistema.”(naglasak moj.- AT. D.). A nedostatak redovnog obrazovanja i još više - utilitarno-inventivni duh američke nauke odigrao je lošu ulogu. Henry, naravno, nije razumio i nije osjećao dubinu i važnost novog otkrića. U suprotnom bi, naravno, obavijestio academia o najveća činjenica. Šuteći o indukcijskim eksperimentima, Henry je odmah poslao poruku kada je uspio podići cijelu tonu pomoću elektromagneta.
Ovo je poruka koju je Faraday dobio. Možda je to poslužilo kao posljednja karika u lancu zaključaka koji su doveli do ključne ideje. U eksperimentu iz 1825. dvije žice su razdvojene papirom. Trebalo je doći do indukcije, ali nije otkrivena zbog slabosti efekta. Henry je pokazao da se u elektromagnetu učinak uvelike pojačava upotrebom višeslojnog namotaja. Stoga se indukcija mora povećati ako se induktivno djelovanje prenosi velika dužina. Zaista, magnet je skup struja. Pobuđivanje magnetizacije u čeličnoj šipki kada struja prolazi kroz namotaj je indukcija struje strujom. Povećava se ako put struje kroz namotaj postane duži.
Takova mogući lanac Faradejevo logično rezonovanje. Evo Puni opis prvo uspješno iskustvo: „Dvjesta i tri stope bakarne žice u jednom komadu namotano je na veliki drveni bubanj; još dvije stotine i tri stope iste žice položeno je u spiralu između zavoja prvog namotaja, pri čemu je metalni kontakt posvuda uklonjen pomoću užeta. Jedan od ovih namotaja bio je spojen na galvanometar, a drugi na dobro napunjenu bateriju od sto pari kvadratnih ploča od četiri inča sa duplim bakrenim pločama. Kada je kontakt zatvoren, došlo je do iznenadnog, ali vrlo slabog djelovanja na galvanometar, a slično slabo djelovanje dogodilo se i pri otvaranju kontakta sa baterijom.
Ovo je bilo prvo iskustvo koje je dalo pozitivan rezultat nakon decenije traganja. Faraday utvrđuje da pri zatvaranju i otvaranju nastaju indukcijske struje suprotnih smjerova. Zatim nastavlja sa proučavanjem uticaja gvožđa na indukciju.
“Prsten je zavaren od okrugle šipke, mekog gvožđa; debljina metala bila je sedam ili osam inča, i vanjski prečnik prstenovi - šest inča. Na jednom dijelu ovog prstena bila su namotana tri namotaja, od kojih je svaki sadržavao oko dvadeset četiri stope bakarne žice debljine jedne dvadesetine inča. Spirale su izolovane od gvožđa i jedna od druge i postavljene jedna na drugu... Mogle su se koristiti odvojeno i u kombinaciji; ova grupa je označena ALI(Sl. 10). Na drugom dijelu prstena, oko šezdeset stopa iste bakarne žice namotano je na isti način, u dva dijela, formirajući spiralu. AT, koje su imale isti pravac kao i spirale ALI, ali je bio odvojen od njih na svakom kraju za oko pola inča golim željezom.
Spiralna AT povezan bakarne žice sa galvanometrom postavljenim na udaljenosti od tri stope od prstena. Odvojene spirale ALI spojeni kraj na kraj tako da formiraju zajedničku spiralu, čiji su krajevi bili povezani s baterijom od deset pari ploča od četiri kvadratna inča. Galvanometar je odmah reagirao, i to mnogo jače nego što je gore uočeno, kada se koristi deset puta snažnija spirala bez željeza.
Konačno, Faraday pravi eksperiment kojim se još uvijek obično započinje izlaganje pitanja elektromagnetne indukcije. Ovo je bilo tačno ponavljanje Henrijevog iskustva prikazanog na slici 9.
Problem koji je Faraday postavio 1820. je riješen: magnetizam je pretvoren u električnu energiju.
Prvo, Faraday razlikuje indukciju struje od struje (on to naziva "volta-električna indukcija" i struja iz magneta ("magneto-električna indukcija"). Ali zatim pokazuje da svi slučajevi podliježu jednom opštem obrascu.
Zakon elektromagnetne indukcije pokrivao je još jednu grupu pojava, koja je kasnije dobila naziv fenomena samoindukcije. Faraday je novu pojavu nazvao na sljedeći način: "Induktivni efekat električne struje na samu sebe."
Ovo pitanje se pojavilo u vezi sa sljedećom činjenicom koju je Faradayu 1834. prijavio Jenkin. Ova činjenica je bila sljedeća. dvije ploče galvanska baterija spojen kratkom žicom. U isto vrijeme, eksperimentator ne može dobiti strujni udar od ove žice nikakvim trikovima. Ali ako uzmemo namotaj elektromagneta umjesto žice, tada se svaki put kada se krug otvori, osjeti šok. Faraday je napisao: „U isto vrijeme, primjećuje se još nešto, fenomen poznat naučnicima dugo vremena, naime: blistava električna iskra skače na mjestu razdvajanja" (moj kurziv - V.D.).
Faraday je počeo ispitivati ​​ove činjenice i ubrzo otkrio niz novih aspekata ovog fenomena. Trebalo mu je malo vremena da ustanovi "identitet fenomena sa fenomenima indukcije". Iskustva koja se još uvijek demonstriraju i u sredini i u srednja škola kada objašnjavaju fenomen samoindukcije, postavio ih je Faraday 1834. godine.
Samostalno, slične eksperimente je izveo J. Henry, međutim, kao i eksperimenti na indukciji, nisu bili blagovremeno objavljeni. Razlog je isti: Henry nije pronašao fizički koncept koji obuhvata pojave različitih oblika.
Za Faradaya je samoindukcija bila činjenica koja je osvjetljavala dalji put traganja. Sumirajući zapažanja, dolazi do zaključaka od velike fundamentalne važnosti. “Nema sumnje da struja u jednom dijelu žice može djelovati indukcijom na druge dijelove iste žice koji se nalaze u blizini... To je ono što ostavlja utisak da struja djeluje na samu sebe.”
Ne znajući prirodu struje, Faraday ipak precizno ukazuje na suštinu stvari: „Kada struja djeluje indukcijom zajedno s njom, provodnom tvari koja se nalazi uz nju, tada vjerojatno djeluje na elektricitet koji je prisutan u ovoj provodnoj tvari - nije bitno da li je potonji u trenutnom stanju ili je nepomičan; u prvom slučaju jača ili slabi struju, ovisno o smjeru u drugom, stvara struju.
Matematički izraz zakona elektromagnetne indukcije dao je Maksvel 1873. godine u svom Traktatu o elektricitetu i magnetizmu. Tek nakon toga postao je osnova za kvantitativne proračune. Dakle, zakon elektromagnetne indukcije treba nazvati Faraday-Maxwellov zakon.
Metodičke napomene. Poznato je da pobuda induktivne struje u provodniku koji se kreće u stalnom magnetskom polju, iu stacionarnom vodiču, koji je u naizmeničnom magnetskom polju, podleže istom zakonu. Za Faradaya i Maxwella to je bilo očigledno, jer su linije magnetne indukcije zamišljali kao stvarne formacije u etru. Kada se struja uključi i isključi, ili se jačina struje promijeni oko vodiča koji čine krug, linije magnetske indukcije se pomiču. Istovremeno, oni prelaze u sam krug, uzrokujući fenomen samoindukcije. Ako postoji bilo koji vodič u blizini kola s promjenjivom strujom, tada linije magnetske indukcije, prelazeći ga, pobuđuju EMF elektromagnetne indukcije.
materijalizacija linije sile električno polje i linije magnetne indukcije postale su vlasništvo istorije. Međutim, bila bi greška da se linijama sile daju samo formalni karakter. moderna fizika smatra da je linija sile električnog polja i linija magnetne indukcije mjesto tačaka u kojima dato polje ima stanje drugačije od stanja u drugim tačkama. Ovo stanje je određeno vrijednostima vektora i na ovim tačkama. Kada se polje promijeni, vektori i mijenja, shodno tome mijenja konfiguraciju linija sile. Stanje polja može se kretati u prostoru brzinom svjetlosti. Ako se provodnik nalazi u polju čije se stanje mijenja, u provodniku se pobuđuje EMF.

Slučaj kada je polje konstantno i provodnik se kreće u ovom polju nije opisan Maxwellovom teorijom. Ajnštajn je to prvi primetio. Njegov temeljni rad "O elektrodinamici pokretnih tijela" upravo počinje raspravom o nedostatku Maxwellove teorije u ovom trenutku. Fenomen pobuđivanja EMF-a u provodniku koji se kreće u konstantnom magnetskom polju može se uključiti u okvir teorije elektromagnetno polje, ako se dopuni principom relativnosti i principom konstantnosti brzine svjetlosti.

Godine 1821. Michael Faraday je napisao u svom dnevniku: "Pretvorite magnetizam u elektricitet." Nakon 10 godina ovaj problem je on riješio.
Faradejevo otkriće
Nije slučajno da je prvi i najvažniji korak u otkrivanju novih svojstava elektromagnetnih interakcija napravio začetnik ideja o elektromagnetnom polju - Faraday. Faraday je bio uvjeren u jedinstvenu prirodu električnih i magnetskih fenomena. Ubrzo nakon Oerstedovog otkrića, on je napisao: „...čini se vrlo neobičnim da, s jedne strane, svaku električnu struju prati magnetsko djelovanje odgovarajućeg intenziteta, usmjereno pod pravim uglom u odnosu na struju, a da je istovremeno vrijeme dobri provodnici elektriciteta, stavljena u sferu ovog dejstva, nije indukovana nikakva struja, nije se desila značajna akcija, koja je po snazi ​​ekvivalentna takvoj struji. Desetogodišnji naporan rad i vjera u uspjeh doveli su Faradaya do otkrića, koje je kasnije poslužilo kao osnova za projektovanje generatora svih elektrana na svijetu, pretvarajući mehaničku energiju u energiju električne struje. (Izvori koji rade na drugim principima: galvanske ćelije, baterije, termo- i fotoćelije – daju neznatan udio proizvedene električne energije.)
Dugo vremena se nije mogla otkriti veza između električnih i magnetskih fenomena. Bilo je teško smisliti glavnu stvar: samo vremenski promjenjivo magnetsko polje može potaknuti električnu struju u fiksnoj zavojnici, ili se sama zavojnica mora kretati u magnetskom polju.
Otkriće elektromagnetne indukcije, kako je Faraday nazvao ovu pojavu, napravljeno je 29. avgusta 1831. Rijedak slučaj kada je tako tačno poznat datum novog izuzetnog otkrića. Kratki opis prvo iskustvo koje je dao sam Faraday.
“Bakarna žica duga 203 stope bila je namotana na široku drvenu zavojnicu, a između njenih zavoja je bila namotana žica iste dužine, ali izolirana od prve pamučne niti. Jedna od ovih spirala bila je spojena na galvanometar, a druga na jaku bateriju, koja se sastojala od 100 pari ploča... Kada se sklop zatvorio, bilo je moguće primijetiti nagli, ali izuzetno slab učinak na galvanometar, i isto je primjećeno kada je struja stala. Pri kontinuiranom prolasku struje kroz jednu od spirala nije bilo moguće uočiti ni učinak na galvanometar, niti općenito bilo kakav induktivni učinak na drugu spiralu, uprkos tome. 5.1
tvrdeći da zagrijavanje cijele zavojnice spojene na bateriju i jačina iskre koja je skočila između ugljeva svjedoči o snazi ​​baterije.
Dakle, u početku je indukcija otkrivena u vodičima koji su bili nepomični jedni u odnosu na druge tijekom zatvaranja i otvaranja kruga. Zatim, jasno shvaćajući da bi približavanje ili uklanjanje provodnika sa strujom trebalo dovesti do istog rezultata kao zatvaranje i otvaranje kola, Faraday je eksperimentima dokazao da struja nastaje kada se zavojnice pomjeraju jedna u odnosu na drugu (slika 5.1). Poznavajući Amperova djela, Faraday je shvatio da je magnet skup malih struja koje kruže u molekulima. Dana 17. oktobra, kako je zapisano u njegovom laboratorijskom dnevniku, indukciona struja je otkrivena u zavojnici tokom guranja (ili izvlačenja) magneta (slika 5.2). U roku od mjesec dana Faraday empirijski otkrio sve bitne karakteristike fenomena elektromagnetne indukcije. Ostalo je samo dati zakonu strogu kvantitativnu formu i u potpunosti otkriti fizičku prirodu fenomena.
Sam Faraday je već shvatio uobičajenu stvar koja određuje pojavu indukcijske struje u eksperimentima koji spolja izgledaju drugačije.
U zatvorenom provodnom kolu struja nastaje kada se promijeni broj vodova magnetske indukcije koji prodiru u površinu ograničenu ovim krugom. I što se brže mijenja broj linija magnetske indukcije, to je veća rezultujuća struja. U ovom slučaju, razlog za promjenu broja linija magnetske indukcije je potpuno indiferentan. To može biti promjena u broju linija magnetske indukcije koje prodiru kroz fiksni provodnik zbog promjene jačine struje u susjednom zavojnici i promjena u broju linija zbog kretanja kola u nehomogenom magnetskom polju. , čija gustina linija varira u prostoru (slika 5.3).
Faraday ne samo da je otkrio fenomen, već je bio i prvi koji je konstruirao nesavršen, ali nesavršen model generatora električne struje koji pretvara mehaničku energiju rotacije u struju. Bio je to masivni bakarni disk koji je rotirao između polova jakog magneta (slika 5.4). Pričvršćivanjem ose i ivice diska na galvanometar, Faraday je otkrio odstupanje
AT
\

\
\
\
\
\
\
\L

S Struja je, međutim, bila slaba, ali kasnije pronađeni princip omogućio je izgradnju snažnih generatora. Bez njih bi struja i dalje bila luksuz koji si malo ljudi može priuštiti.
U provodljivoj zatvorenoj petlji električna struja nastaje ako je petlja u naizmjeničnom magnetskom polju ili se kreće u polju koje je konstantno u vremenu tako da se broj vodova magnetske indukcije koji prodiru u petlju mijenja. Ova pojava se naziva elektromagnetna indukcija.

2.7. OTKRIĆE FENOMENA ELEKTROMAGNETNE INDUKCIJE

Veliki doprinos modernoj elektrotehnici dao je engleski naučnik Michael Faraday, čije su radove, zauzvrat, pripremili prethodni radovi na proučavanju električnih i magnetnih fenomena.

Ima nečeg simboličnog u tome što je u godini rođenja M. Faradaya (1791.) objavljena rasprava Luigija Galvanija sa prvim opisom novog fizičkog fenomena - električne struje, a u godini njegove smrti (1867.) Izumljen je "dinamo" - samopobudni generator jednosmerna struja, tj. pouzdan, ekonomičan i jednostavan za korištenje izvor električna energija. Život velikog naučnika i njegova aktivnost, jedinstvena po svojim metodama, sadržaju i značaju, ne samo da su otvorili novo poglavlje u fizici, već su odigrali i odlučujuću ulogu u rađanju novih grana tehnike: elektrotehnike i radiotehnike.

Više od stotinu godina mnoge generacije mladih studenata na časovima fizike i iz brojnih knjiga učili su istoriju izuzetnog života jednog od najpoznatijih naučnika, člana 68 naučnih društava i akademija. Obično se ime M. Faradaya vezuje za najznačajnije, a samim tim i najviše poznato otkriće- fenomen elektromagnetne indukcije, koji je napravio 1831. Ali godinu dana pre toga, 1830. godine, za istraživanja u oblasti hemije i elektromagnetizma, M. Faraday je izabran za počasnog člana Petrogradske akademije nauka, a za člana Londonskog kraljevskog društva (Britanske akademije nauka) izabran je daleke 1824. Počevši od 1816. godine, kada je prvi naučni rad M. Faradaya, posvećen hemijska analiza Toskanski kreč, a do 1831. godine, kada je počeo da izlazi čuveni naučni dnevnik "Eksperimentalna istraživanja o elektricitetu", M. Faraday je objavio preko 60 naučnih radova.

Velika marljivost, žeđ za znanjem, urođena inteligencija i zapažanje omogućili su M. Faradayu da postigne izvanredne rezultate u svim tim oblastima naučno istraživanje obratio naučnik. Priznati "kralj eksperimentatora" volio je ponavljati: "Umjetnost eksperimentatora je biti u stanju postaviti pitanja o prirodi i razumjeti njene odgovore."

Svaka studija M. Faradaya odlikovala se takvom temeljitošću i toliko je bila u skladu s prethodnim rezultatima da među njegovim savremenicima gotovo da nije bilo kritičara njegovog rada.

Ako se isključi iz razmatranja hemijska istraživanja M. Faraday, koji je također činio eru u svojoj oblasti (dovoljno se prisjetiti eksperimenata na tečnim plinovima, otkrića benzena, butilena), zatim sva ostala njegova djela, na prvi pogled ponekad razbacana, poput poteza na umjetničkom platnu, Uzeti zajedno, formiraju zadivljujuću sliku sveobuhvatnu studiju dva problema: međukonverzije razne forme energije i fizički sadržaj okruženje.

Rice. 2.11. Šema "elektromagnetnih rotacija" (prema Faradejevom crtežu)

1, 2 - posude sa živom; 3 - pokretni magnet; 4 - stacionarni magnet; 5, 6 - žice koje idu do baterije galvanskih ćelija; 7 - bakrena šipka; 8 - fiksni provodnik; 9 - pokretni provodnik

Rad M. Faradaya u oblasti elektriciteta pokrenut je proučavanjem takozvanih elektromagnetnih rotacija. Iz serije eksperimenata Oersteda, Araga, Amperea, Biota, Savarta, izvedenih 1820. godine, postalo je poznato ne samo o elektromagnetizmu, već i o posebnosti interakcije struje i magneta: ovdje su, kao što je već navedeno, centralne sile nije poznato klasičnoj mehanici djelovalo, a sile su različite, nastojeći uspostaviti magnetsku iglu okomitu na provodnik. M. Faraday je postavio pitanje: da li magnet teži neprekidnom kretanju oko provodnika drenažom? Iskustvo je potvrdilo hipotezu. Godine 1821, M. Faraday je dao opis fizički uređaj, šematski prikazano na sl. 2.11. U lijevoj posudi sa živom nalazio se štapni permanentni magnet na šarkama na dnu. Kada je struja uključena, njen gornji dio se rotirao oko fiksnog vodiča. U desnoj posudi, magnetna šipka je bila nepomična, a provodnik sa strujom, slobodno okačen na nosač, klizio je preko žive, rotirajući oko magnetnog pola. Budući da se u ovom eksperimentu po prvi put pojavljuje magnetoelektrični uređaj s kontinuiranim kretanjem, sasvim je legitimno započeti priču s ovim uređajem. električne mašine općenito, a posebno električni motor. Obratite pažnju i na kontakt sa živom, koji je kasnije našao primenu u elektromehanici.

Očigledno je od tog trenutka M. Faraday počeo da formira ideje o univerzalnoj „međusobnoj konvertibilnosti sila“. Dobivši uz pomoć elektromagnetizma kontinuirano mehaničko kretanje, on sebi postavlja zadatak da preokrene fenomen ili, po terminologiji M. Faradaya, pretvori magnetizam u elektricitet.

Samo apsolutno uvjerenje u valjanost hipoteze o „zamjenjivosti“ može objasniti svrsishodnost i upornost, hiljade eksperimenata i 10 godina teškog rada utrošenog na rješavanje formuliranog problema. U avgustu 1831. godine napravljen je odlučujući eksperiment, a 24. novembra na sastanku u Kraljevskom društvu predstavljena je suština fenomena elektromagnetne indukcije.

Rice. 2.12. Ilustracija Aragovog iskustva ("magnetizam rotacije")

1 - provodljivi nemagnetni disk; 2 - staklena podloga za fiksiranje osovine diska

Kao primjer koji karakterizira tok misli naučnika i formiranje njegovih ideja o elektromagnetnom polju, razmotrimo studiju M. Faradaya o fenomenu koji se tada nazivao "rotacijski magnetizam". Mnogo godina prije rada M. Faradaya, navigatori su primijetili inhibitorni učinak bakrenog tijela kompasa na oscilacije magnetne igle. Godine 1824. D.F. Arago (vidi § 2.5) opisao je fenomen "rotacionog magnetizma", koji ni on ni drugi fizičari nisu mogli na zadovoljavajući način da objasne. Suština fenomena je bila sljedeća (slika 2.12). Magnet potkovice mogao bi da se okreće okolo vertikalna osa, a iznad njegovih polova nalazio se aluminijski ili bakreni disk, koji se također mogao okretati oko ose, čiji se smjer rotacije poklapao sa smjerom rotacije ose magneta. U stanju mirovanja nisu uočene interakcije između diska i magneta. Ali čim je magnet počeo da se okreće, disk je pojurio za njim i obrnuto. Da bi se isključila mogućnost zavlačenja diska strujama zraka, magnet i disk su razdvojeni staklom.

Otkriće elektromagnetne indukcije pomoglo je M. Faradayu da objasni fenomen D.F. Arago i već na samom početku studije napisati: „Nadao sam se da ću iz iskustva g. novi izvor struja."

Gotovo istovremeno sa M. Faradayem, elektromagnetnu indukciju je opazio izvanredan američki fizičar Joseph Henry (1797-1878). Nije teško zamisliti kako se osjećao naučnik, budući predsjednik Američke nacionalne akademije nauka, kada se spremao da objavi svoja zapažanja i saznao za objavljivanje M. Faradaya. Godinu dana kasnije, D. Henry je otkrio fenomen samoindukcije i dodatnih struja, a također je ustanovio ovisnost induktivnosti kola o svojstvima materijala i konfiguraciji jezgara zavojnice. Godine 1838. D. Henry je proučavao "struje višeg reda", tj. struje indukovane drugim indukovanim strujama. Godine 1842., nastavak ovih istraživanja doveo je D. Henryja do otkrića oscilatorne prirode pražnjenja kondenzatora (kasnije, 1847. godine, ovo otkriće ponovio je izvanredni njemački fizičar Hermann Helmholtz) (1821–1894).

Okrenimo se glavnim eksperimentima M. Faradaya. Prva serija eksperimenata završila je eksperimentom koji je demonstrirao fenomen "volta-električne" (po terminologiji M. Faradayja) indukcije (slika 2.13, a- G). Nakon otkrivanja pojave struje u sekundarnom kolu 2 prilikom zatvaranja ili otvaranja primarnog 1 ili tokom međusobnog kretanja primarnog i sekundarnog kola (slika 2.13, u), M. Faraday je postavio eksperiment da razjasni svojstva indukovane struje: unutar spirale b, uključena u sekundarni krug, postavljena je čelična igla 7 (slika 2.13, b) koji je magnetiziran indukovanom strujom. Rezultat je rekao da je indukovana struja slična struji primljenoj direktno iz galvanske baterije. 3.

Rice. 2.13. Šeme glavnih eksperimenata koji su doveli do otkrića elektromagnetne indukcije

Zamjena drvenog ili kartonskog bubnja 4, na koji su bili namotani primarni i sekundarni namotaji, sa čeličnim prstenom (sl. 2.13, d), M. Faraday je otkrio intenzivnije odstupanje igle galvanometra 5. Ovo iskustvo je pokazalo suštinsku ulogu okruženje u elektromagnetnim procesima. Ovdje M. Faraday po prvi put koristi uređaj koji se može nazvati prototipom transformatora.

Druga serija eksperimenata je ilustrovala fenomen elektromagnetne indukcije koja je nastala u odsustvu izvora napona u primarnom kolu. Na osnovu činjenice da je kalem koji struji okolo identičan magnetu, M. Faraday je izvor napona zamijenio sa dva trajna magneta (slika 2.13, e) i posmatrao struju u sekundarnom namotaju tokom zatvaranja i otvaranja magnetnog kola. On je ovu pojavu nazvao "magnetoelektrična indukcija"; kasnije je primetio da ne postoji fundamentalna razlika između "volta-električne" i "magnetoelektrične" indukcije. Nakon toga, oba ova fenomena su spojena terminom "elektromagnetna indukcija". U završnim eksperimentima (slika 2.13, e, g) pojava inducirane struje je demonstrirana kada se trajni magnet ili zavojnica koja nosi struju pomiče unutar solenoida. Upravo je ovaj eksperiment jasnije od drugih pokazao mogućnost transformacije "magnetizma u elektricitet" ili, preciznije, mehanička energija u električnu.

Na osnovu novih ideja, M. Faraday je dao objašnjenje fizičke strane eksperimenta sa diskom D.F. Arago. Ukratko, njegovo razmišljanje se može sažeti na sljedeći način. Aluminijski (ili bilo koji drugi provodljivi, ali nemagnetni) disk se može zamisliti kao točak s beskonačnim brojem žbica - radijalnih provodnika. Relativnim kretanjem magneta i diska, ovi provodnički krakovi "sijeku magnetne krive" (Faradayeva terminologija), a u provodnicima se javlja indukovana struja. Interakcija struje sa magnetom je već bila poznata. U tumačenju M. Faradaya pažnju privlače terminologija i način objašnjenja fenomena. Da bi odredio smjer inducirane struje, on uvodi pravilo noža koji seče linije sile. Ovo još nije E.H. zakon. Lenza, kojeg karakterizira univerzalnost karakteristika fenomena, ali svaki put samo pokušava detaljni opisi podesite da li će struja teći od drške do vrha oštrice ili obrnuto. Ali temeljna slika je ovdje važna: M. Faraday, za razliku od pristalica teorije dugog dometa, ispunjava prostor u kojem djeluju različite sile materijalnim okruženjem, eterom, razvijajući eteričnu teoriju L. Eulera. , koji je, pak, pod uticajem ideja M.V. Lomonosov.

M. Faraday dao je magnetsku, a zatim u proučavanju dielektrika i električnih linija sile, fizičku stvarnost, obdario ih svojstvom elastičnosti i pronašao vrlo uvjerljiva objašnjenja za razne električne magnetne pojave, koristeći ideju ovih elastičnih linija, sličnih gumenim nitima.

Prošlo je više od vijeka i po, a još uvijek nismo pronašli više vizuelni način i šeme za objašnjenje pojava povezanih sa indukcijom i elektromehaničkim radnjama od poznatog koncepta Faradejevih linija, koje nam se do danas čine materijalno uočljivim.

Od D.F. Arago M. Faraday je zaista napravio novi izvor električne energije. Nakon što je aluminijski ili bakarni disk rotirao između polova magneta, M. Faraday je postavio četke na os diska i na njegovu periferiju.

Tako je dizajnirana električna mašina koja je kasnije dobila naziv unipolarni generator.

Kada se analiziraju djela M. Faradaya, to se jasno očituje opšta ideja, koju je veliki naučnik razvijao tokom svog stvaralačkog života. Čitajući M. Faradaya, teško je otarasiti se utiska da se bavio samo jednim problemom međupretvaranja različitih oblika energije, a sva njegova otkrića dolazila su slučajno i služila samo za ilustraciju glavne ideje. On istražuje različite vrste elektricitet (životinjski, galvanski, magnetni, termoelektrični) i, dokazujući njihov kvalitativni identitet, otkriva zakon elektrolize. Istovremeno, elektroliza je, poput drhtanja mišića raščlanjene žabe, u početku služila samo kao dokaz da se sve vrste elektriciteta manifestiraju istim djelovanjem.

Studije statičkog elektriciteta i fenomena elektrostatičke indukcije dovele su M. Faradaya do formiranja ideja o dielektricima, do konačnog raskida sa teorijom dugog dometa, do izuzetnih studija pražnjenja u gasovima (otkriće Faradejevog tamnog prostora ). Dalje proučavanje interakcije i međupretvaranja sila dovelo ga je do otkrića magnetske rotacije ravni polarizacije svjetlosti, do otkrića dijamagnetizma i paramagnetizma. Uvjerenje u univerzalnost međusobnih transformacija natjeralo je M. Faradaya da se čak okrene proučavanju odnosa između magnetizma i elektriciteta, s jedne strane, i gravitacije, s druge strane. Istina, Faradejevi duhoviti eksperimenti nisu dali pozitivan rezultat, ali to nije poljuljalo njegovo povjerenje u postojanje veze između ovih pojava.

Biografi M. Faradaya vole da ističu činjenicu da je M. Faraday izbegavao da koristi matematiku, da na stotinama stranica njegovog "Eksperimentalnog istraživanja o elektricitetu" nema nijednog matematička formula. S tim u vezi, umesno je navesti izjavu sunarodnika M. Faradaya, velikog fizičara Džejmsa Klarka Maksvela (1831–1879): matematički simboli. Takođe sam otkrio da se ova metoda može izraziti u uobičajenom matematičkom obliku i na taj način uporediti sa metodama profesionalnih matematičara.

"Matematika" Faradejevog razmišljanja može se ilustrirati njegovim zakonima elektrolize ili, na primjer, formulacijom zakona elektromagnetne indukcije: količina električne energije koja se pokreće direktno je proporcionalna broju pređenih linija sile. Dovoljno je zamisliti posljednju formulaciju u obliku matematičkih simbola i odmah dobijamo formulu iz koje vrlo brzo slijedi čuveni d?/dt, gdje? - veza magnetnog fluksa.

D.K. Maxwell, koji je rođen u godini otkrića fenomena elektromagnetne indukcije, vrlo je skromno ocijenio svoje zasluge za nauku, ističući da se samo razvijao i odjenuo u matematički oblik ideje M. Faradaya. Maxwellovu teoriju elektromagnetnog polja cijenili su naučnici s kraja 19. i početka 20. stoljeća, kada se radiotehnika počela razvijati na osnovu ideja Faradaya - Maxwella.

Da bismo okarakterisali dalekovidnost M. Faradaya, njegovu sposobnost da prodre u dubinu najsloženijih fizičkih pojava, važno je prisjetiti se da se još 1832. godine sjajni naučnik usudio da sugeriše da su elektromagnetski procesi talasne prirode i magnetske prirode. oscilacije i električna indukcija se šire konačnom brzinom.

Krajem 1938. godine u arhivi Kraljevskog društva u Londonu pronađeno je zapečaćeno pismo M. Faradaya od 12. marta 1832. Ležalo je u mraku više od 100 godina, a sadržavalo je sljedeće redove:

“Neki rezultati istraživanja... doveli su me do zaključka da je potrebno vrijeme za širenje magnetnog efekta, tj. kada jedan magnet deluje na drugi udaljeni magnet ili komad gvožđa, uticajni uzrok (koji ću sebi dozvoliti da nazovem magnetizmom) se postepeno širi iz magnetnih tela i zahteva određeno vreme za svoje širenje, što će se, očigledno, pokazati veoma beznačajan.

Također vjerujem da se električna indukcija širi na potpuno isti način. Vjerujem da je širenje magnetskih sila iz magnetni pol slično vibracijama uzburkane vodene površine ili zvučnim vibracijama čestica vazduha, tj. Namjeravam primijeniti teoriju vibracija na magnetne fenomene, kao što se to radi na zvuk, i to je najvjerovatnije objašnjenje svjetlosnih pojava.

Analogno, smatram da je moguće primijeniti teoriju oscilacija na širenje električne indukcije. Ove poglede želim eksperimentalno testirati, ali pošto je moje vrijeme službene dužnosti, što može uzrokovati produžetak iskustava ... Želim, prenošenjem ovog pisma na čuvanje Kraljevsko društvo, osigurati otvaranje za određeni datum...“.

Pošto su ove ideje M. Faradaya ostale nepoznate, nema razloga da se odbije njegov veliki sunarodnik D.K. Maxwella u otkriću istih tih ideja, kojima je dao strogi fizički i matematički oblik i temeljni značaj.

Iz knjige Amazing Mechanics autor Gulija Nurbej Vladimirovič

Otkriće drevnog grnčara Jedan od najveličanstvenijih gradova Mesopotamije je drevni Ur. Ogroman je i višestruk. To je skoro cijela država. Bašte, palate, radionice, kompleks hidraulične konstrukcije, sakralni objekti.Navodno u maloj grnčarskoj radionici

Iz knjige Pravila za postavljanje električnih instalacija u pitanjima i odgovorima [Vodič za učenje i pripremu za provjeru znanja] autor Krasnik Valentin Viktorovič

Osiguranje elektromagnetne kompatibilnosti komunikacionih i telemehaničkih uređaja Pitanje. Kako se prave komunikacioni i telemehanički uređaji? Odgovor. Izvode se otporne na buku sa stepenom dovoljnim da osigura njihov pouzdan rad kako u normalnom tako iu hitnom slučaju

Iz knjige Tajni automobili Sovjetska armija autor Kočnev Evgenij Dmitrijevič

Porodično "Otvaranje" (KrAZ-6315/6316) (1982. - 1991.) U februaru 1976. godine, izdata je tajna Uredba Vijeća ministara i Centralnog komiteta KPSS o razvoju u glavnim sovjetskim automobilskim fabrikama porodica fundamentalno novi teški vojni kamioni i drumski vozovi, rađeni prema zahtevima

Iz knjige Šuštanje granate autor Prishchepenko Aleksandar Borisovič

5.19. Zašto vole trajni magneti. Domaći uređaj za mjerenje indukcije polja. Još jedan uređaj koji otklanja bol od izračunavanja namotaja

Iz knjige Novi izvori energije autor Frolov Aleksandar Vladimirovič

Poglavlje 17 Kapilarni fenomeni Posebnu klasu uređaja za pretvaranje toplotne energije okoline čine brojne kapilarne mašine koje obavljaju rad bez potrošnje goriva. Mnogo je takvih projekata u istoriji tehnologije. Poteškoća je ista

Iz knjige Metalno doba autor Nikolajev Grigorij Iljič

Poglavlje 1. OTKRIĆE ELEMENTA SVEŠTENIČKOG HOBIJA Sedam antičkih metala, kao i sumpor i ugljenik – sve su to elementi sa kojima se čovečanstvo upoznalo tokom mnogo milenijuma svog postojanja do 13. veka nove ere. Prije osam vijekova počeo je period alhemije. On

Iz knjige Istorija elektrotehnike autor Tim autora

1.3. OTKRIĆE NOVIH SVOJSTVA ELEKTRIČNE ENERGIJE vazdušna pumpa i iskustvo sa hemisferama magdeburškog burgomajstora Otta von Guerickea

Iz knjige Istorija izuzetnih otkrića i izuma (elektrotehnika, elektroprivreda, radioelektronika) autor Šnajberg Jan Abramovič

2.4. OTKRIĆE ELEKTRIČNOG LUKA I NJEGOVA PRAKTIČNA UPOTREBA Od svih radova V.V. Petrova predstavlja svoje otkriće tog fenomena 1802. godine električni luk između dvije ugljične elektrode spojene na polove izvora visoke

Iz knjige autora

2.6. OTKRIĆE FENOMENA TERMOELEKTRIČNOSTI I USPOSTAVLJANJE ZAKONA ELEKTRIČNOG KOLA Dalje proučavanje fenomena elektriciteta i magnetizma dovelo je do otkrića novih činjenica.

Iz knjige autora

3.5. OTKRIĆE ROTACIJSKOG MAGNETSKOG POLJA I STVARANJE ASINHRONIH ELEKTRIČNIH MOTORA moderna pozornica u razvoju elektrotehnike odnosi se na 90-te godine 19. stoljeća, kada je rješenjem složenog energetskog problema oživotvoren prenos energije i

Iz knjige autora

POGLAVLJE 5 Otkriće elektromagnetizma i stvaranje različitih električnih mašina koje su označile početak elektrifikacije Otkriće efekta "električnog sukoba" na magnetnu iglu U junu 1820. godine u Kopenhagenu je objavljen mali pamflet na latinskom