Po odkryciach Oersteda i Ampère'a stało się jasne, że elektryczność ma siłę magnetyczną. Teraz trzeba było potwierdzić wpływ zjawiska magnetyczne na elektryczny. Ten problem znakomicie rozwiązał Faraday.

Michael Faraday (1791-1867) urodził się w Londynie, jednej z najbiedniejszych jego części. Jego ojciec był kowalem, a matka córką dzierżawcy rolnika. Kiedy dotarł Faraday wiek szkolny Został wysłany do szkoły podstawowej. Kurs Faradaya był tutaj bardzo wąski i ograniczał się jedynie do nauki czytania, pisania i początku liczenia.

Kilka kroków od domu, w którym mieszkała rodzina Faradayów, znajdowała się księgarnia, będąca jednocześnie zakładem introligatorskim. Tu dotarł Faraday po ukończeniu kursu Szkoła Podstawowa gdy pojawiło się pytanie o wybór dla niego zawodu. Michael w tym czasie miał zaledwie 13 lat.

Już w młodości, gdy Faraday dopiero rozpoczynał samokształcenie, starał się opierać wyłącznie na faktach i weryfikować relacje innych z własnymi doświadczeniami. Te aspiracje zdominowały go przez całe życie jako główne cechy jego działalność naukowa

Fizyczne i Eksperymenty chemiczne Faraday zaczął to robić jako chłopiec przy pierwszej znajomości fizyki i chemii. Kiedyś Michael uczestniczył w jednym z wykładów Humphreya Davy'ego, wielkiego angielskiego fizyka. Faraday zrobił szczegółową notatkę z wykładu, oprawił go i wysłał Davy'emu. Był pod takim wrażeniem, że zaproponował Faradayowi pracę z nim jako sekretarz. Wkrótce Davy udał się w podróż do Europy i zabrał ze sobą Faradaya. Przez dwa lata odwiedzali największe europejskie uczelnie.

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

Opierając się na doświadczeniach swoich poprzedników i łącząc kilka własnych doświadczeń, do września 1821 r. Michael wydrukował „Sukcesy związane z elektromagnetyzmem”. Już w tym czasie zrobił dość poprawna koncepcja o istocie zjawiska odchylania się igły magnetycznej pod wpływem prądu. Po osiągnięciu tego sukcesu Faraday porzucił studia w dziedzinie elektryczności na dziesięć lat, poświęcając się studiowaniu wielu różnych przedmiotów.

W 1823 Faraday dokonał jednego z najważniejszych odkryć w dziedzinie fizyki - po raz pierwszy osiągnął skroplenie gazu, a jednocześnie opracował prostą, ale poprawną metodę przekształcania gazów w ciecz.

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

W następnym roku Faraday ponownie przechodzi od fizyki do chemii, a efektem jego pracy w tej dziedzinie jest odkrycie benzyny i siarkowego kwasu naftalenowego.

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

Wiele z tych prac mogłoby same uwiecznić nazwisko autora. Ale najważniejsze z prace naukowe Faraday to jego badania w dziedzinie elektromagnetyzmu i indukcji elektrycznej. Ściśle mówiąc, ważna gałąź fizyki, która zajmuje się zjawiskami elektromagnetyzmu i elektryczności indukcyjnej, a która ma obecnie tak wielkie znaczenie dla techniki, została stworzona przez Faradaya z niczego.

Zanim Faraday w końcu poświęcił się badaniom w dziedzinie elektryczności, ustalono, że z zwykłe warunki obecność naelektryzowanego ciała wystarcza, aby jego wpływ wzbudził elektryczność w każdym innym ciele.

Jednocześnie wiedziano, że przewód, przez który przepływa prąd i będący jednocześnie ciałem naelektryzowanym, nie ma żadnego wpływu na inne znajdujące się w pobliżu przewody. Co spowodowało ten wyjątek? To pytanie zainteresowało Faradaya i którego rozwiązanie doprowadziło go do najważniejszych odkryć w dziedzinie elektryczności indukcyjnej.

Jak zwykle Faraday rozpoczął serię eksperymentów, które miały wyjaśnić istotę sprawy. Faraday nawinął dwa izolowane druty równolegle do siebie na tym samym drewnianym wałku do ciasta. Podłączył końce jednego przewodu do baterii składającej się z dziesięciu elementów, a końce drugiego do czułego galwanometru. Kiedy prąd przepływał przez pierwszy przewód, Faraday skupił całą swoją uwagę na galwanometrze, spodziewając się, że zauważy na podstawie jego drgań pojawienie się prądu w drugim przewodzie. Jednak nic takiego nie było: galwanometr pozostał spokojny. Faraday postanowił zwiększyć prąd i wprowadził 120 ogniwa galwaniczne. Wynik jest taki sam. Faraday powtórzył ten eksperyment dziesiątki razy, wszystkie z takim samym sukcesem. Każdy inny na jego miejscu opuściłby eksperyment, przekonany, że prąd przepływający przez przewód nie ma wpływu na sąsiedni przewód. Ale Faraday zawsze starał się wydobyć ze swoich eksperymentów i obserwacji wszystko, co mogli dać, a zatem nie otrzymując akcja bezpośrednia na przewodzie podłączonym do galwanometru zaczął szukać skutków ubocznych.

Od razu zauważył, że galwanometr, pozostając idealnie nieruchomy przez cały przepływ prądu, wpada w drgania przy samym zamknięciu obwodu i przy jego otwarciu. Okazało się, że w momencie, gdy do pierwszego przewodu płynie prąd, a także gdy ta transmisja ustaje, wzbudzany jest również prąd w drugim przewodzie, który w pierwszym przypadku ma kierunek przeciwny do pierwszego i jest to samo z nim w drugim przypadku i trwa tylko jedną chwilę.Wtórne prądy chwilowe, spowodowane wpływem pierwotnych, nazwał Faradaya indukcyjnymi i nazwa ta została dla nich zachowana do dziś.

Prądy indukcyjne, jako chwilowe, natychmiast zanikające po ich pojawieniu się, nie miałyby praktycznego znaczenia, gdyby Faraday nie znalazł sposobu, za pomocą genialnego urządzenia (komutatora), na ciągłe przerywanie i ponowne przewodzenie prądu pierwotnego pochodzącego z akumulatora przez pierwszy drut, dzięki czemu w drugim drucie jest ciągle wzbudzany przez coraz większe prądy indukcyjne, stając się w ten sposób stały. Tak został znaleziony nowe źródło energia elektryczna, oprócz wcześniej znanych (procesy tarcia i chemiczne), - indukcja, oraz nowy rodzaj tej energii to energia elektryczna indukcyjna.

Kontynuując swoje eksperymenty, Faraday odkrył dalej, że proste przybliżenie drutu skręconego w zamkniętą krzywą do drugiego, wzdłuż którego biegnie prąd galwaniczny w celu wzbudzenia prądu indukcyjnego w kierunku przeciwnym do prądu galwanicznego w przewodzie neutralnym, aby usunięcie przewodu neutralnego ponownie wzbudziło w nim prąd indukcyjny już w tym samym kierunku co prąd galwaniczny płynący wzdłuż przewodu stałego, oraz że wreszcie te prądy indukcyjne są wzbudzane tylko podczas zbliżania i wyjmowania przewodów do przewodnika prądu galwanicznego, a bez tego ruchu prądy nie są wzbudzane, bez względu na to, jak blisko siebie znajdują się przewody. W ten sposób odkryto nowe zjawisko, podobne do opisanego powyżej zjawiska indukcji podczas zamykania i zakańczania prądu galwanicznego.

Te odkrycia z kolei dały początek nowym. Jeśli możliwe jest wytworzenie prądu indukcyjnego poprzez zamknięcie i zatrzymanie prądu galwanicznego, czy nie uzyska się tego samego rezultatu z namagnesowania i rozmagnesowania żelaza? Prace Oersteda i Ampère'a ustaliły już związek między magnetyzmem a elektrycznością. Wiadomo było, że żelazo staje się magnesem, gdy owinięty jest wokół niego izolowany drut, przez który przepływa prąd galwaniczny, i że właściwości magnetyczne tego żelaza ustają, gdy tylko ustanie prąd. Na tej podstawie Faraday wymyślił taki eksperyment: dwa izolowane przewody owinięte wokół żelaznego pierścienia; ponadto jeden drut był owinięty wokół jednej połowy pierścienia, a drugi wokół drugiej.

Przez jeden przewód przepływał prąd bateria galwaniczna, a końce drugiego były połączone z galwanometrem. I tak, gdy prąd zamknął się lub zatrzymał, a w konsekwencji żelazny pierścień został namagnesowany lub rozmagnesowany, igła galwanometru oscylowała szybko, a następnie szybko się zatrzymała, to znaczy wszystkie te same chwilowe prądy indukcyjne były wzbudzane w przewodzie neutralnym - to czas: już pod wpływem magnetyzmu. Tak więc tutaj po raz pierwszy magnetyzm został zamieniony na elektryczność.

Po otrzymaniu tych wyników Faraday postanowił urozmaicić swoje eksperymenty. Zamiast żelaznego pierścienia zaczął używać żelaznej opaski. Zamiast wzbudzać magnetyzm w żelazie prądem galwanicznym, namagnesował żelazo, dotykając go stałym magnesem stalowym. Rezultat był taki sam: zawsze w drucie owiniętym wokół żelaza! prąd był wzbudzany w momencie namagnesowania i rozmagnesowania żelaza. Następnie Faraday wprowadził w drucianą spiralę magnes stalowy - zbliżanie się i usuwanie tego ostatniego powodowało prądy indukcyjne w drucie. Jednym słowem magnetyzm, w sensie wzbudzania prądów indukcyjnych, działał dokładnie tak samo jak prąd galwaniczny.

W tym czasie fizycy byli intensywnie zajęci jednym… tajemnicze zjawisko, odkryty w 1824 roku przez Arago i pomimo tego nie znalazł wyjaśnienia; że to wyjaśnienie było intensywnie poszukiwane przez tak wybitnych naukowców tamtych czasów, jak sam Arago, Ampère, Poisson, Babaj i Herschel. Sprawa była następująca. Igła magnetyczna, swobodnie wisząca, szybko się zatrzymuje, jeśli włoży się pod nią krąg z niemagnetycznego metalu; jeśli wtedy krąg zostanie wprowadzony? ruch obrotowy, igła magnetyczna zaczyna podążać za nią. W stanie spokoju nie można było wykryć najmniejszego przyciągania lub odpychania między piątym okręgiem a strzałą, podczas gdy ten sam okrąg, który był w ruchu, ciągnął nie tylko lekką strzałę, ale także ciężki magnes. To prawdziwie cudowne zjawisko wydawało się ówczesnym naukowcom tajemniczą zagadką, czymś poza naturalnym. Faraday, opierając się na powyższych danych, przyjął założenie, że okrąg z metalu niemagnetycznego pod wpływem magnesu krąży w trakcie obrotu przez prądy indukcyjne, które oddziałują na igłę magnetyczną i ciągną ją za magnesem. Rzeczywiście, wkładając krawędź koła między bieguny dużego magnesu w kształcie podkowy i łącząc środek i krawędź koła z galwanometrem za pomocą drutu, Faraday otrzymywał stały prąd elektryczny podczas obrotu koła.

Następnie Faraday zdecydował się na inne zjawisko, które wzbudzało wówczas ogólną ciekawość. Jak wiecie, jeśli opiłki żelaza zostaną posypane magnesem, są one pogrupowane wzdłuż pewnych linii, zwanych krzywymi magnetycznymi. Faraday, zwracając uwagę na to zjawisko, w 1831 roku nadał krzywym magnetycznym nazwę „linie siły magnetycznej”, które potem weszły do ​​powszechnego użytku. Badanie tych „linii” doprowadziło Faradaya do nowego odkrycia, okazało się, że do wzbudzania prądów indukcyjnych zbliżanie i usuwanie źródła z bieguna magnetycznego nie jest konieczne. Aby wzbudzić prądy, wystarczy w znany sposób przekroczyć linie siły magnetycznej.

Dalsza praca Faraday we wspomnianym kierunku nabrał, z dzisiejszego punktu widzenia, charakteru czegoś całkowicie cudownego. Na początku 1832 roku zademonstrował aparat, w którym wzbudzano prądy indukcyjne bez pomocy magnesu lub prądu galwanicznego.

Urządzenie składało się z żelaznego paska umieszczonego w cewce drutu.

To urządzenie w normalnych warunkach nie dało najmniejszego znaku pojawienia się w nim prądów; ale gdy tylko nadano mu kierunek odpowiadający kierunkowi igły magnetycznej, w drucie wzbudził się prąd. Następnie Faraday podał położenie igły magnetycznej jednej cewce, a następnie włożył w nią żelazny pasek: prąd ponownie został wzbudzony. Powodem, który powodował prąd w tych przypadkach był ziemski magnetyzm, który powodował prądy indukcyjne jak zwykły magnes lub prąd galwaniczny. Aby to wyraźniej pokazać i udowodnić, Faraday podjął się kolejnego eksperymentu, który w pełni potwierdził jego idee. Wnioskował, że jeśli okrąg z metalu niemagnetycznego, na przykład miedzi, obracający się w pozycji, w której przecina się z liniami siły magnetycznej sąsiedniego magnesu, daje prąd indukcyjny, to ten sam okrąg, obracający się przy braku magnes, ale w pozycji, w której koło przetnie linie ziemskiego magnetyzmu, musi również dawać prąd indukcyjny. I rzeczywiście, miedziany okrąg, obrócony w płaszczyźnie poziomej, dawał prąd indukcyjny, który powodował zauważalne odchylenie igły galwanometru.

Faraday zakończył serię badań w dziedzinie indukcji elektrycznej odkryciem w 1835 r. „indukcyjnego wpływu prądu na siebie”. Odkrył, że gdy prąd galwaniczny jest zamknięty lub otwarty, natychmiastowe prądy indukcyjne są wzbudzane w samym przewodzie, który służy jako przewodnik dla tego prądu.

Rosyjski fizyk Emil Christoforovich Lenz (1804-1861) podał zasadę określania kierunku prąd indukcyjny.

„Prąd indukcyjny jest zawsze kierowany w taki sposób, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne utrudnia lub spowalnia ruch wywołujący indukcję”, zauważa A.A. Korobko-Stefanow w swoim artykule na temat Indukcja elektromagnetyczna. - Na przykład, gdy cewka zbliży się do magnesu, wynikowy prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytworzone przez nią pole magnetyczne będzie przeciwne do pola magnetycznego magnesu. W rezultacie między cewką a magnesem powstają siły odpychające.

Reguła Lenza wynika z prawa zachowania i transformacji energii. Gdyby prądy indukcyjne przyspieszyły ruch, który je wywołał, praca powstałaby z niczego. Sama cewka po lekkim popchnięciu pędzi w kierunku magnesu, a jednocześnie prąd indukcyjny uwalnia w nim ciepło. W rzeczywistości prąd indukcyjny powstaje w wyniku pracy polegającej na zbliżeniu magnesu i cewki.

Dlaczego występuje prąd indukowany? Głębokie wyjaśnienie zjawiska indukcji elektromagnetycznej podał angielski fizyk James Clerk Maxwell, twórca ukończonego teoria matematyczna elektro pole magnetyczne.

Aby lepiej zrozumieć istotę sprawy, rozważ bardzo prosty eksperyment. Niech cewka składa się z jednego zwoju drutu i jest przebijana przez zmienne pole magnetyczne prostopadłe do płaszczyzny zwoju. W cewce oczywiście jest prąd indukcyjny. Maxwell zinterpretował ten eksperyment z wyjątkową odwagą i niespodziewanością. Według Maxwella, gdy pole magnetyczne zmienia się w przestrzeni, powstaje proces, dla którego obecność cewki z drutu nie ma znaczenia. Najważniejsze tutaj jest pojawienie się zamkniętych okrągłych linii pole elektryczne pokrycie zmieniającego się pola magnetycznego.

Pod wpływem wyłaniającego się pola elektrycznego elektrony zaczynają się poruszać, a w cewce powstaje prąd elektryczny. Cewka to tylko urządzenie, które pozwala wykryć pole elektryczne. Istotą zjawiska indukcji elektromagnetycznej jest to, że zmienne pole magnetyczne zawsze generuje w otaczającej przestrzeni pole elektryczne o zamkniętych liniach sił. Takie pole nazywa się polem wirowym.

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

Ogólnie rzecz biorąc, odkrycie indukcji elektromagnetycznej nie bez powodu przypisuje się najwybitniejszym odkryciom XIX wieku - na tym zjawisku opiera się praca milionów silników elektrycznych i generatorów. prąd elektryczny na calym swiecie...

Po odkryciach Oersteda i Ampère'a stało się jasne, że elektryczność ma siłę magnetyczną. Teraz trzeba było potwierdzić wpływ zjawisk magnetycznych na elektryczne. Ten problem znakomicie rozwiązał Faraday.

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

Kilka kroków od domu, w którym mieszkała rodzina Faradayów, znajdowała się księgarnia, będąca jednocześnie zakładem introligatorskim. Tu właśnie dotarł Faraday, po ukończeniu szkoły podstawowej, gdy pojawiło się pytanie o wybór zawodu dla niego. Michael w tym czasie miał zaledwie 13 lat. Już w młodości, gdy Faraday dopiero rozpoczynał samokształcenie, starał się opierać wyłącznie na faktach i weryfikować relacje innych z własnymi doświadczeniami.

Aspiracje te zdominowały go przez całe życie jako główne cechy jego działalności naukowej.Faraday zaczął przeprowadzać eksperymenty fizykochemiczne jako chłopiec od pierwszego zapoznania się z fizyką i chemią. Kiedyś Michael uczestniczył w jednym z wykładów Humphreya Davy'ego, wielkiego angielskiego fizyka.

Faraday zrobił szczegółową notatkę z wykładu, oprawił go i wysłał Davy'emu. Był pod takim wrażeniem, że zaproponował Faradayowi pracę z nim jako sekretarz. Wkrótce Davy udał się w podróż do Europy i zabrał ze sobą Faradaya. Przez dwa lata odwiedzali największe europejskie uczelnie.

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

Opierając się na doświadczeniach swoich poprzedników i łącząc kilka własnych doświadczeń, do września 1821 r. Michael wydrukował „Sukcesy związane z elektromagnetyzmem”. Już wtedy wymyślił całkowicie poprawną koncepcję istoty zjawiska odchylania igły magnetycznej pod wpływem prądu.

Po osiągnięciu tego sukcesu Faraday porzucił studia w dziedzinie elektryczności na dziesięć lat, poświęcając się studiowaniu wielu różnych przedmiotów. W 1823 Faraday dokonał jednego z najważniejszych odkryć w dziedzinie fizyki - po raz pierwszy osiągnął skroplenie gazu, a jednocześnie opracował prostą, ale poprawną metodę przekształcania gazów w ciecz. W 1824 Faraday dokonał kilku odkryć w dziedzinie fizyki.

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

W 1831 roku Faraday opublikował traktat O szczególnym rodzaju złudzenia optycznego, który posłużył za podstawę pięknego i ciekawego pocisku optycznego zwanego „chromotropem”. W tym samym roku ukazał się kolejny traktat naukowca „O wibrujących płytach”. Wiele z tych prac mogłoby same uwiecznić nazwisko autora. Jednak najważniejszymi pracami naukowymi Faradaya są jego badania w dziedzinie elektromagnetyzmu i indukcji elektrycznej.

Ściśle mówiąc, ważna gałąź fizyki, która zajmuje się zjawiskami elektromagnetyzmu i elektryczności indukcyjnej, a która ma obecnie tak ogromne znaczenie dla techniki, została stworzona przez Faradaya z niczego.

Zanim Faraday w końcu poświęcił się badaniom w dziedzinie elektryczności, ustalono, że w normalnych warunkach obecność naelektryzowanego ciała jest wystarczająca, aby jego wpływ wzbudził elektryczność w każdym innym ciele. Jednocześnie wiedziano, że przewód, przez który przepływa prąd i będący jednocześnie ciałem naelektryzowanym, nie ma żadnego wpływu na inne znajdujące się w pobliżu przewody.

Co spowodowało ten wyjątek? To pytanie zainteresowało Faradaya i którego rozwiązanie doprowadziło go do najważniejszych odkryć w dziedzinie elektryczności indukcyjnej. Jak zwykle Faraday rozpoczął serię eksperymentów, które miały wyjaśnić istotę sprawy.

Faraday nawinął dwa izolowane druty równolegle do siebie na tym samym drewnianym wałku do ciasta. Podłączył końce jednego przewodu do baterii składającej się z dziesięciu elementów, a końce drugiego do czułego galwanometru. Kiedy prąd przeszedł przez pierwszy przewód,

Faraday skupił całą swoją uwagę na galwanometrze, spodziewając się, że z jego oscylacji zauważy pojawienie się prądu również w drugim przewodzie. Jednak nic takiego nie było: galwanometr pozostał spokojny. Faraday postanowił zwiększyć prąd i wprowadził do obwodu 120 ogniw galwanicznych. Wynik jest taki sam. Faraday powtórzył ten eksperyment dziesiątki razy, wszystkie z takim samym sukcesem.

Każdy inny na jego miejscu opuściłby eksperyment, przekonany, że prąd przepływający przez przewód nie ma wpływu na sąsiedni przewód. Ale Faraday zawsze starał się wydobyć ze swoich eksperymentów i obserwacji wszystko, co mogli dać, dlatego nie otrzymawszy bezpośredniego wpływu na przewód podłączony do galwanometru, zaczął szukać skutków ubocznych.

Od razu zauważył, że galwanometr, pozostając całkowicie spokojny przez cały przepływ prądu, przy samym zamknięciu obwodu i przy jego otwarciu wpada w drgania. Okazało się, że w momencie przepuszczania prądu do pierwszego przewodu, a także wtedy, gdy ten drugi przewód jest również wzbudzany przez prąd, który w pierwszym przypadku ma kierunek przeciwny do pierwszego i jest z nim taki sam w drugim przypadku i trwa tylko jedną chwilę.

Te wtórne chwilowe prądy, wywołane wpływem pierwotnych, zostały nazwane przez Faradaya indukcyjnymi i nazwa ta została dla nich zachowana do dziś. Prądy indukcyjne, jako chwilowe, natychmiast zanikające po ich pojawieniu się, nie miałyby praktycznego znaczenia, gdyby Faraday nie znalazł sposobu, za pomocą genialnego urządzenia (komutatora), na ciągłe przerywanie i ponowne przewodzenie prądu pierwotnego pochodzącego z akumulatora przez pierwszy drut, dzięki czemu w drugim drucie jest ciągle wzbudzany przez coraz większe prądy indukcyjne, stając się w ten sposób stały. W ten sposób, oprócz dotychczas znanych (procesy tarcia i procesów chemicznych), znaleziono nowe źródło energii elektrycznej - indukcję oraz nowy rodzaj tej energii - elektryczność indukcyjną.

Kontynuując swoje eksperymenty, Faraday odkrył dalej, że proste przybliżenie drutu skręconego w zamkniętą krzywą do drugiego, wzdłuż którego płynie prąd galwaniczny, wystarczy do wzbudzenia prądu indukcyjnego w kierunku przeciwnym do prądu galwanicznego w przewodzie neutralnym, że usunięcie przewodu neutralnego ponownie wzbudza w nim prąd indukcyjny. Prąd jest już w tym samym kierunku, co prąd galwaniczny płynący po nieruchomym przewodzie, i ostatecznie te prądy indukcyjne są wzbudzane tylko podczas zbliżania się i usuwania przewód do przewodnika prądu galwanicznego, a bez tego ruchu prądy nie są wzbudzane, bez względu na to, jak blisko siebie znajdują się przewody.

W ten sposób odkryto nowe zjawisko, podobne do opisanego powyżej zjawiska indukcji podczas zamykania i zakańczania prądu galwanicznego. Te odkrycia z kolei dały początek nowym. Jeśli możliwe jest wytworzenie prądu indukcyjnego poprzez zamknięcie i zatrzymanie prądu galwanicznego, czy nie uzyska się tego samego rezultatu z namagnesowania i rozmagnesowania żelaza?

Prace Oersteda i Ampère'a ustaliły już związek między magnetyzmem a elektrycznością. Wiadomo było, że żelazo staje się magnesem, gdy owinięty jest wokół niego izolowany drut, przez który przepływa prąd galwaniczny, i że właściwości magnetyczne tego żelaza zanikają, gdy tylko ustaje prąd.

Na tej podstawie Faraday wymyślił taki eksperyment: dwa izolowane przewody owinięte wokół żelaznego pierścienia; ponadto jeden drut był owinięty wokół jednej połowy pierścienia, a drugi wokół drugiej. Przez jeden przewód przepływał prąd z akumulatora galwanicznego, a końce drugiego były podłączone do galwanometru. I tak, gdy prąd zamknął się lub zatrzymał, a w konsekwencji żelazny pierścień został namagnesowany lub rozmagnesowany, igła galwanometru oscylowała szybko, a następnie szybko się zatrzymała, to znaczy wszystkie te same chwilowe prądy indukcyjne były wzbudzane w przewodzie neutralnym - to czas: już pod wpływem magnetyzmu.

Tak więc tutaj po raz pierwszy magnetyzm został zamieniony na elektryczność. Po otrzymaniu tych wyników Faraday postanowił urozmaicić swoje eksperymenty. Zamiast żelaznego pierścienia zaczął używać żelaznej opaski. Zamiast wzbudzać magnetyzm w żelazie prądem galwanicznym, namagnesował żelazo, dotykając go stałym magnesem stalowym. Rezultat był taki sam: zawsze w drucie owiniętym wokół żelaza! prąd był wzbudzany w momencie namagnesowania i rozmagnesowania żelaza.

Następnie Faraday wprowadził w drucianą spiralę magnes stalowy - zbliżanie się i usuwanie tego ostatniego powodowało prądy indukcyjne w drucie. Jednym słowem magnetyzm, w sensie wzbudzania prądów indukcyjnych, działał dokładnie tak samo jak prąd galwaniczny.

W tym czasie fizycy byli intensywnie zajęci jednym tajemniczym zjawiskiem, odkrytym w 1824 roku przez Arago i mimo to nie znaleźli wyjaśnienia; że to wyjaśnienie było intensywnie poszukiwane przez tak wybitnych naukowców tamtych czasów, jak sam Arago, Ampère, Poisson, Babaj i Herschel.

Sprawa wyglądała następująco. Igła magnetyczna, swobodnie wisząca, szybko się zatrzymuje, jeśli włoży się pod nią krąg z niemagnetycznego metalu; jeśli okrąg zostanie następnie wprawiony w ruch obrotowy, igła magnetyczna zacznie podążać za nim.

W stanie spokoju nie można było wykryć najmniejszego przyciągania lub odpychania między kołem a strzałą, podczas gdy to samo koło, które było w ruchu, ciągnęło za sobą nie tylko lekką strzałę, ale także ciężki magnes. To prawdziwie cudowne zjawisko wydawało się ówczesnym naukowcom tajemniczą zagadką, czymś poza naturalnym.

Faraday, opierając się na powyższych danych, przyjął założenie, że okrąg z metalu niemagnetycznego pod wpływem magnesu krąży w trakcie obrotu przez prądy indukcyjne, które oddziałują na igłę magnetyczną i ciągną ją za magnesem.

Rzeczywiście, wkładając krawędź koła między bieguny dużego magnesu w kształcie podkowy i łącząc środek i krawędź koła z galwanometrem za pomocą drutu, Faraday otrzymywał stały prąd elektryczny podczas obrotu koła.

Następnie Faraday zdecydował się na inne zjawisko, które wzbudzało wówczas ogólną ciekawość. Jak wiecie, jeśli opiłki żelaza zostaną posypane magnesem, są one pogrupowane wzdłuż pewnych linii, zwanych krzywymi magnetycznymi. Faraday, zwracając uwagę na to zjawisko, dał w 1831 r. podwaliny krzywym magnetycznym, zwanym „liniami siły magnetycznej”, które potem weszły do ​​powszechnego użytku.

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

Dalsze prace Faradaya we wspomnianym kierunku nabrały, z dzisiejszego punktu widzenia, charakteru czegoś całkowicie cudownego. Na początku 1832 roku zademonstrował aparat, w którym wzbudzano prądy indukcyjne bez pomocy magnesu lub prądu galwanicznego.

Urządzenie składało się z żelaznego paska umieszczonego w cewce drutu. To urządzenie w normalnych warunkach nie dało najmniejszego znaku pojawienia się w nim prądów; ale gdy tylko nadano mu kierunek odpowiadający kierunkowi igły magnetycznej, w drucie wzbudził się prąd.

Następnie Faraday podał położenie igły magnetycznej jednej cewce, a następnie włożył w nią żelazny pasek: prąd ponownie został wzbudzony. Powodem, który powodował prąd w tych przypadkach był ziemski magnetyzm, który powodował prądy indukcyjne jak zwykły magnes lub prąd galwaniczny. Aby to wyraźniej pokazać i udowodnić, Faraday podjął się kolejnego eksperymentu, który w pełni potwierdził jego idee.

Wnioskował, że jeśli okrąg z metalu niemagnetycznego, na przykład miedzi, obracający się w pozycji, w której przecina się z liniami siły magnetycznej sąsiedniego magnesu, daje prąd indukcyjny, to ten sam okrąg, obracający się przy braku magnes, ale w pozycji, w której koło przetnie linie ziemskiego magnetyzmu, musi również dawać prąd indukcyjny.

I rzeczywiście, miedziany okrąg, obrócony w płaszczyźnie poziomej, dawał prąd indukcyjny, który powodował zauważalne odchylenie igły galwanometru. Faraday zakończył serię badań w dziedzinie indukcji elektrycznej odkryciem w 1835 r. „indukcyjnego wpływu prądu na siebie”.

Odkrył, że gdy prąd galwaniczny jest zamknięty lub otwarty, natychmiastowe prądy indukcyjne są wzbudzane w samym przewodzie, który służy jako przewodnik dla tego prądu.

Rosyjski fizyk Emil Christoforovich Lenz (1804-1861) podał zasadę określania kierunku indukowanego prądu. „Prąd indukcyjny jest zawsze kierowany w taki sposób, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne utrudnia lub spowalnia ruch wywołujący indukcję”, zauważa A.A. Korobko-Stefanow w swoim artykule o indukcji elektromagnetycznej. - Na przykład, gdy cewka zbliży się do magnesu, wynikowy prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytworzone przez nią pole magnetyczne będzie przeciwne do pola magnetycznego magnesu. W rezultacie między cewką a magnesem powstają siły odpychające.

Reguła Lenza wynika z prawa zachowania i transformacji energii. Gdyby prądy indukcyjne przyspieszyły ruch, który je wywołał, praca powstałaby z niczego. Sama cewka po lekkim popchnięciu pędzi w kierunku magnesu, a jednocześnie prąd indukcyjny uwalnia w nim ciepło. W rzeczywistości prąd indukcyjny powstaje w wyniku pracy polegającej na zbliżeniu magnesu i cewki.

Dlaczego występuje prąd indukowany? Głębokie wyjaśnienie zjawiska indukcji elektromagnetycznej podał angielski fizyk James Clerk Maxwell, twórca kompletnej matematycznej teorii pola elektromagnetycznego.

Aby lepiej zrozumieć istotę sprawy, rozważ bardzo prosty eksperyment. Niech cewka składa się z jednego zwoju drutu i jest przebijana przez zmienne pole magnetyczne prostopadłe do płaszczyzny zwoju. W cewce oczywiście jest prąd indukcyjny. Maxwell zinterpretował ten eksperyment z wyjątkową odwagą i niespodziewanością.

Według Maxwella, gdy pole magnetyczne zmienia się w przestrzeni, powstaje proces, dla którego obecność cewki z drutu nie ma znaczenia. Najważniejsze jest tutaj pojawienie się zamkniętych linii pierścieniowych pola elektrycznego, zakrywających zmieniające się pole magnetyczne. Pod wpływem wyłaniającego się pola elektrycznego elektrony zaczynają się poruszać, a w cewce powstaje prąd elektryczny. Cewka to tylko urządzenie, które pozwala wykryć pole elektryczne.

Istotą zjawiska indukcji elektromagnetycznej jest to, że zmienne pole magnetyczne zawsze generuje w otaczającej przestrzeni pole elektryczne o zamkniętych liniach sił. Takie pole nazywa się polem wirowym.

Badania w dziedzinie indukcji wytwarzanej przez ziemski magnetyzm dały Faradayowi możliwość wyrażenia idei telegrafu już w 1832 roku, który następnie stał się podstawą tego wynalazku. Ogólnie rzecz biorąc, odkrycie indukcji elektromagnetycznej nie bez powodu przypisuje się najwybitniejszym odkryciom XIX wieku - na tym zjawisku opiera się praca milionów silników elektrycznych i generatorów prądu elektrycznego na całym świecie ...

Źródło informacji: Samin D.K. „Sto Great odkrycia naukowe"., M.: "Veche", 2002

Temat lekcji:

Odkrycie indukcji elektromagnetycznej. strumień magnetyczny.

Cel: zapoznanie studentów ze zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej.

Podczas zajęć

I. Moment organizacyjny

II. Aktualizacja wiedzy.

1. Badanie czołowe.

• Jaka jest hipoteza Ampère'a?
• Co to jest przepuszczalność magnetyczna?
• Jakie substancje nazywamy para- i diamagnesami?
• Czym są ferryty?
• Gdzie są używane ferryty?
• Skąd wiesz, że wokół Ziemi istnieje pole magnetyczne?
• Gdzie są północne i południowe bieguny magnetyczne Ziemi?
• Jakie procesy zachodzą w magnetosferze Ziemi?
• Jaki jest powód istnienia pola magnetycznego w pobliżu Ziemi?

2. Analiza eksperymentów.

Eksperyment 1

Igła magnetyczna na statywie została przeniesiona na dolny, a następnie na górny koniec statywu. Dlaczego strzałka zwraca się w dolny koniec statywu z obu stron z biegunem południowym, a w górny koniec - w północny koniec?(Wszystkie żelazne przedmioty znajdują się w polu magnetycznym Ziemi. Pod wpływem tego pola są namagnesowane i Dolna część podmiot wykrywa północ biegun magnetyczny, a góra jest na południe.)

Eksperyment 2

W dużym korku zrób mały rowek na kawałek drutu. Opuść korek do wody i umieść drut na górze, umieszczając go wzdłuż równoległego. W tym przypadku drut wraz z korkiem jest obracany i instalowany wzdłuż południka. Czemu?(Drut został namagnesowany i jest osadzony w polu Ziemi jak igła magnetyczna.)

III. Nauka nowego materiału

Między przeprowadzką ładunki elektryczne działają siły magnetyczne. Oddziaływania magnetyczne są opisane w oparciu o koncepcję pola magnetycznego, które istnieje wokół poruszających się ładunków elektrycznych. Pola elektryczne i magnetyczne są generowane przez te same źródła – ładunki elektryczne. Można przypuszczać, że istnieje między nimi związek.

W 1831 roku M. Faraday potwierdził to eksperymentalnie. Odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej (slajdy 1.2).

Eksperyment 1

Podłączamy galwanometr do cewki i z niego wysuwamy trwały magnes. Obserwujemy odchylenie igły galwanometru, pojawił się prąd (indukcja) (slajd 3).

Prąd w przewodzie występuje, gdy przewód znajduje się w obszarze przemiennego pola magnetycznego (slajd 4-7).

Faraday wyobraził sobie zmienne pole magnetyczne jako zmianę liczby linie siły penetracja powierzchni ograniczonej zadanym konturem. Ta liczba zależy od indukcji W pole magnetyczne z obszaru konturu S i jego orientacji w danej dziedzinie.

F \u003d BS cos a - strumień magnetyczny.

F [Wb] Weber (slajd 8)

Prąd indukcyjny może mieć różne kierunki, które zależą od tego, czy przepływający przez obwód strumień magnetyczny zmniejsza się czy zwiększa. Zasadę określania kierunku indukowanego prądu sformułowano w 1833 roku. E. X. Lenz.

Eksperyment 2

Wsuwamy magnes trwały w lekki aluminiowy pierścień. Pierścień jest od niego odpychany, a po rozciągnięciu przyciąga magnes.

Wynik nie zależy od polaryzacji magnesu. Odpychanie i przyciąganie tłumaczy się pojawieniem się w nim prądu indukcyjnego.

Po wepchnięciu magnesu zwiększa się strumień magnetyczny przez pierścień: odpychanie pierścienia jednocześnie pokazuje, że prąd indukcyjny w nim ma taki kierunek, w którym wektor indukcji jego pola magnetycznego jest przeciwny do kierunku wektor indukcyjny zewnętrznego pola magnetycznego.

Zasada Lenza:

Prąd indukcyjny ma zawsze taki kierunek, że jego pole magnetyczne zapobiega jakimkolwiek zmianom strumienia magnetycznego, które powodują pojawienie się prądu indukcyjnego.(slajd 9).

IV. Prowadzenie prac laboratoryjnych

Prace laboratoryjne na temat „Eksperymentalna weryfikacja reguły Lenza”

Urządzenia i materiały:miliamperomierz, cewka-cewka, łukowaty magnes.

Proces pracy

1. Przygotuj stół.

Odpowiedź:

Następny ważny krok w rozwoju elektrodynamiki po eksperymentach Ampere'a było odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Angielski fizyk Michael Faraday (1791 - 1867) odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Faraday, jeszcze młody naukowiec, podobnie jak Oersted, uważał, że wszystkie siły natury są ze sobą powiązane, a ponadto, że są zdolne do wzajemnego przekształcania się. Ciekawe, że Faraday wyraził tę ideę jeszcze przed ustanowieniem prawa zachowania i transformacji energii. Faraday wiedział o odkryciu Ampere, że, mówiąc w przenośni, zamienił elektryczność w magnetyzm. Zastanawiając się nad tym odkryciem, Faraday doszedł do wniosku, że jeśli „elektryczność tworzy magnetyzm”, to na odwrót „magnetyzm musi wytwarzać elektryczność”. W 1823 r. pisał w swoim dzienniku: „Zamień magnetyzm w elektryczność”. Faraday przez osiem lat pracował nad rozwiązaniem problemu. Długi czasŚcigały go niepowodzenia iw końcu w 1831 r. rozwiązał je – odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Najpierw Faraday odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej w przypadku, gdy cewki są nawinięte na ten sam bęben. Jeżeli prąd elektryczny pojawi się lub zniknie w jednej cewce w wyniku podłączenia do niej lub odłączenia od niej akumulatora galwanicznego, to w tym momencie w drugiej cewce pojawia się prąd krótkotrwały. Prąd ten jest wykrywany przez galwanometr podłączony do drugiej cewki.

Następnie Faraday ustalił również obecność prądu indukcyjnego w cewce, gdy cewka była zbliżana lub oddalana od niej, w której płynął prąd elektryczny.

wreszcie trzeci przypadek indukcji elektromagnetycznej, który odkrył Faraday, polegał na tym, że prąd pojawił się w cewce, gdy magnes był w niej wkładany lub wyjmowany z niej.

Odkrycie Faradaya przyciągnęło uwagę wielu fizyków, którzy również zaczęli badać cechy zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Kolejnym zadaniem było ustalenie ogólnego prawa indukcji elektromagnetycznej. Należało dowiedzieć się, jak i od czego zależy siła prądu indukcyjnego w przewodzie lub od czego zależy wartość elektromotorycznej siły indukcji w przewodzie, w którym indukowany jest prąd elektryczny.

To zadanie okazało się trudne. Zostało to całkowicie rozwiązane przez Faradaya i Maxwella później w ramach opracowanej przez nich doktryny dotyczącej pola elektromagnetycznego. Ale próbowali go również rozwiązać fizycy, którzy trzymali się teorii dalekiego zasięgu, wspólnej w tamtych czasach, w doktrynie zjawisk elektrycznych i magnetycznych.

Coś, co udało się tym naukowcom zrobić. Jednocześnie pomogła im zasada odkryta przez petersburskiego akademika Emila Christianovicha Lenza (1804 - 1865) dla znalezienia kierunku prądu indukcyjnego w różne okazje Indukcja elektromagnetyczna. Lenz sformułował to w następujący sposób: „Jeżeli przewodnik metalowy porusza się w pobliżu prądu galwanicznego lub magnesu, to prąd galwaniczny jest w nim wzbudzany w takim kierunku, że gdyby ten przewodnik był nieruchomy, to prąd mógłby spowodować jego ruch w przeciwnym kierunku kierunek; zakłada się, że przewodnik w spoczynku może poruszać się tylko w kierunku ruchu lub w przeciwnym kierunku.

Ta zasada jest bardzo wygodna przy określaniu kierunku prądu indukcyjnego. Używamy go nawet teraz, tylko teraz jest on sformułowany trochę inaczej, z pogrzebaniem koncepcji indukcji elektromagnetycznej, której Lenz nie używał.

Ale historycznie głównym znaczeniem rządów Lenza było to, że zrodziło się pomysł, jak podejść do znalezienia prawa indukcji elektromagnetycznej. Faktem jest, że w regule atomowej ustala się związek między indukcją elektromagnetyczną a zjawiskiem oddziaływania prądów. Kwestię interakcji prądów rozwiązał już Ampère. Dlatego ustanowienie tego połączenia początkowo umożliwiło określenie wyrażenia na siłę elektromotoryczną indukcji w przewodzie dla wielu szczególnych przypadków.

W ogólny widok Prawo indukcji elektromagnetycznej, jak o tym mówiliśmy, zostało ustanowione przez Faradaya i Maxwella.

Indukcja elektromagnetyczna - zjawisko występowania prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym, gdy zmienia się przepływający przez niego strumień magnetyczny.

Indukcję elektromagnetyczną odkrył Michael Faraday 29 sierpnia 1831 r. Odkrył, że siła elektromotoryczna występująca w zamkniętym obwodzie przewodzącym jest proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną przez ten obwód. Wielkość siły elektromotorycznej (EMF) nie zależy od tego, co powoduje zmianę strumienia - zmianę samego pola magnetycznego lub ruch obwodu (lub jego części) w polu magnetycznym. Prąd elektryczny wywołany przez to pole elektromagnetyczne nazywany jest prądem indukcyjnym.

Indukcja własna - występowanie indukcji elektromagnetycznej w zamkniętym obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się prąd przepływający przez obwód.

Kiedy zmienia się prąd w obwodzie, strumień magnetyczny przez powierzchnię ograniczoną przez ten obwód również zmienia się proporcjonalnie. Zmiana tego strumienia magnetycznego, spowodowana prawem indukcji elektromagnetycznej, prowadzi do wzbudzenia indukcyjnego pola elektromagnetycznego w tym obwodzie.

Zjawisko to nazywa się samoindukcją. (Pojęcie to jest powiązane z pojęciem wzajemnej indukcji, będąc niejako jego szczególnym przypadkiem).

Kierunek Samoindukcja EMF zawsze okazuje się, że gdy prąd w obwodzie wzrasta, sem indukcji własnej zapobiega temu wzrostowi (skierowana pod prąd), a gdy prąd maleje, maleje (współkierowana z prądem). Dzięki tej właściwości samoindukcyjne pole elektromagnetyczne jest podobne do siły bezwładności.

Stworzenie pierwszego przekaźnika poprzedził wynalezienie w 1824 r. przez Anglika Sturgeona elektromagnesu - urządzenia, które zamienia wejściowy prąd elektryczny cewki drutu nawiniętej na żelazny rdzeń na pole magnetyczne wytwarzane wewnątrz i na zewnątrz tego rdzenia. Pole magnetyczne zostało utrwalone (wykryte) przez jego oddziaływanie na materiał ferromagnetyczny znajdujący się w pobliżu rdzenia. Ten materiał został przyciągnięty do rdzenia elektromagnesu.

Następnie efekt zamiany energii prądu elektrycznego na energia mechaniczna znaczący ruch zewnętrznego materiału ferromagnetycznego (kotwicy) stanowił podstawę różnych urządzeń elektromechanicznych dla telekomunikacji (telegrafii i telefonii), elektrotechniki i elektroenergetyki. Jednym z pierwszych takich urządzeń był przekaźnik elektromagnetyczny, wynaleziony przez Amerykanina J. Henry'ego w 1831 roku.

Dziś porozmawiamy o zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Pokażemy, dlaczego odkryto to zjawisko i jakie przyniosło korzyści.

Jedwab

Ludzie zawsze starali się żyć lepiej. Ktoś mógłby pomyśleć, że to jest powód, by oskarżać ludzkość o chciwość. Ale często rozmawiamy o zdobywaniu podstawowych wygód życia.

W średniowieczna Europa Wiedzieli, jak robić tkaniny wełniane, bawełniane i lniane. A w tym czasie ludzie cierpieli na nadmiar pcheł i wszy. Jednocześnie chińska cywilizacja nauczyła się już umiejętnie tkać jedwab. Ubrania z niej nie dopuszczały krwiopijców do ludzkiej skóry. Łapy owadów przesunęły się po gładkiej tkaninie, a wszy odpadły. Dlatego Europejczycy za wszelką cenę chcieli ubierać się w jedwab. A kupcy myśleli, że to kolejna okazja do wzbogacenia się. Dlatego ułożono Wielki Jedwabny Szlak.

Tylko w ten sposób upragnioną tkaninę dostarczono do cierpiącej Europy. I tak wiele osób było zaangażowanych w ten proces, że powstały miasta, imperia walczyły o prawo do nakładania podatków, a niektóre odcinki dróg są nadal najbardziej wygodnym sposobem dostać się we właściwe miejsce.

Kompas i gwiazda

Na drodze karawan z jedwabiem stały góry i pustynie. Zdarzało się, że charakter okolicy nie zmieniał się przez tygodnie i miesiące. Wydmy stepowe ustąpiły miejsca tym samym wzgórzom, jedna przełęcz za drugą. A ludzie musieli jakoś nawigować, aby dostarczyć swój cenny ładunek.

Gwiazdy były pierwsze. Wiedząc, jaki jest dzień i jakich konstelacji się spodziewać, doświadczony podróżnik zawsze może określić, gdzie jest południe, gdzie jest wschód i dokąd się udać. Ale zawsze brakowało ludzi z wystarczającą wiedzą. Tak, a potem nie wiedzieli, jak dokładnie policzyć czas. Zachód słońca, wschód słońca - to wszystkie punkty orientacyjne. A śnieg czy burza piaskowa, pochmurna pogoda wykluczyły nawet możliwość zobaczenia gwiazdy polarnej.

Wtedy ludzie (prawdopodobnie starożytni Chińczycy, ale naukowcy wciąż się o to spierają) zdali sobie sprawę, że jeden minerał zawsze znajduje się w określony sposób w stosunku do punktów kardynalnych. Ta właściwość została wykorzystana do stworzenia pierwszego kompasu. Do odkrycia zjawiska indukcji elektromagnetycznej było daleko, ale na początek zrobiono.

Od kompasu do magnesu

Sama nazwa „magnes” nawiązuje do toponimy. Prawdopodobnie pierwsze kompasy zostały wykonane z rudy wydobywanej na wzgórzach Magnezji. Obszar ten znajduje się w Azji Mniejszej. A magnesy wyglądały jak czarne kamienie.

Pierwsze kompasy były bardzo prymitywne. Wodę wlewano do miski lub innego pojemnika, na wierzchu umieszczano cienki krążek pływającego materiału. Na środku dysku umieszczono namagnesowaną igłę. Jeden jej koniec był zawsze skierowany na północ, drugi na południe.

Trudno sobie nawet wyobrazić, że karawana trzymała wodę do kompasu, gdy ludzie umierali z pragnienia. Ale nie trać kierunku i pozwól ludziom, zwierzętom i towarom dotrzeć do bezpieczne miejsce było ważniejsze niż kilka oddzielnych żyć.

Kompasy odbyły wiele podróży i spotkały się z różnymi zjawiskami przyrodniczymi. Nic dziwnego, że zjawisko indukcji elektromagnetycznej odkryto w Europie, chociaż ruda magnetyczna była pierwotnie wydobywana w Azji. W ten zawiły sposób pragnienie mieszkańców Europy, aby spać w bardziej komfortowy sposób, doprowadziło do tego, że: główne odkrycie fizyka.

Magnetyczne czy elektryczne?

Na początku XIX wieku naukowcy odkryli, jak uzyskać prąd stały. Powstała pierwsza prymitywna bateria. Wystarczyło przesłać strumień elektronów przez metalowe przewodniki. Dzięki pierwszemu źródłu energii elektrycznej dokonano szeregu odkryć.

W 1820 r. duński naukowiec Hans Christian Oersted odkrył, że igła magnetyczna odchyla się obok przewodnika wchodzącego w skład sieci. Dodatni biegun kompasu zawsze znajduje się w określony sposób w stosunku do kierunku prądu. Naukowiec przeprowadzał eksperymenty we wszystkich możliwych geometriach: przewodnik znajdował się powyżej lub poniżej strzałki, były umieszczone równolegle lub prostopadle. Rezultat był zawsze ten sam: dołączony prąd wprawił magnes w ruch. Tym samym oczekiwano odkrycia zjawiska indukcji elektromagnetycznej.

Ale pomysł naukowców musi zostać potwierdzony eksperymentem. Zaraz po eksperymencie Oersteda angielski fizyk Michael Faraday zadał sobie pytanie: „Czy pola magnetyczne i elektryczne po prostu wpływają na siebie nawzajem, czy też są bliżej spokrewnione?”. Naukowiec jako pierwszy przetestował założenie, że jeśli pole elektryczne powoduje odchylenie namagnesowanego obiektu, to magnes powinien generować prąd.

Schemat doświadczenia jest prosty. Teraz każdy uczeń może to powtórzyć. Cienki metalowy drut zwinięty był w kształt sprężyny. Jej końce podłączono do urządzenia rejestrującego prąd. Kiedy magnes przesunął się obok cewki, strzałka urządzenia wskazywała napięcie pola elektrycznego. W ten sposób wyprowadzono prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya.

Kontynuacja eksperymentów

Ale to nie wszystko, co zrobił naukowiec. Ponieważ pola magnetyczne i elektryczne są ze sobą ściśle powiązane, konieczne było ustalenie, ile.

Aby to zrobić, Faraday doprowadził prąd do jednego uzwojenia i wepchnął go do innego podobnego uzwojenia o promieniu większym niż pierwsze. Ponownie indukowano elektryczność. W ten sposób naukowiec udowodnił: poruszający się ładunek generuje jednocześnie pola elektryczne i magnetyczne.

Warto podkreślić, że mówimy o ruchu magnesu lub pola magnetycznego w zamkniętym obwodzie sprężyny. Oznacza to, że przepływ musi się cały czas zmieniać. Jeśli tak się nie stanie, prąd nie jest generowany.

Formuła

Prawo Faradaya dla indukcji elektromagnetycznej wyraża wzór

Rozszyfrujmy znaki.

ε oznacza EMF lub siłę elektromotoryczną. Ta wielkość jest skalarem (to znaczy nie wektorem) i pokazuje pracę, jaką niektóre siły lub prawa natury stosują do tworzenia prądu. Należy zauważyć, że prace muszą być wykonywane przez zjawiska nieelektryczne.

Φ to strumień magnetyczny w obwodzie zamkniętym. Ta wartość jest iloczynem dwóch innych: modułu wektora indukcji magnetycznej B i obszaru zamkniętej pętli. Jeśli pole magnetyczne działa na kontur nie ściśle prostopadły, to do produktu dodawany jest cosinus kąta między wektorem B a normalną do powierzchni.

Konsekwencje odkrycia

To prawo było przestrzegane przez innych. Kolejni naukowcy ustalili zależność natężenia prądu elektrycznego od mocy, rezystancję od materiału przewodnika. Zbadano nowe właściwości, powstały niesamowite stopy. Wreszcie ludzkość rozszyfrowała strukturę atomu, zgłębiła tajemnicę narodzin i śmierci gwiazd oraz otworzyła genom żywych istot.

A wszystkie te osiągnięcia wymagały ogromnej ilości zasobów, a przede wszystkim energii elektrycznej. Dowolna produkcja lub duża Badania naukowe zostały przeprowadzone tam, gdzie dostępne były trzy komponenty: wykwalifikowany personel, bezpośrednio materiał do pracy oraz tania energia elektryczna.

A było to możliwe tam, gdzie siły natury mogły nadać wirnikowi duży moment obrotowy: rzeki o dużej różnicy wzniesień, doliny o silne wiatry, uskoki z nadmiarem energii geomagnetycznej.

To ciekawe, że nowoczesny sposób pozyskiwanie energii elektrycznej nie różni się zasadniczo od eksperymentów Faradaya. Wirnik magnetyczny obraca się bardzo szybko w środku duża cewka drut. Pole magnetyczne w uzwojeniu zmienia się cały czas i generowany jest prąd elektryczny.

Oczywiście wybrane najlepszy materiał dla magnesu i przewodników, a technologia całego procesu jest zupełnie inna. Ale istota to jedno: stosowana jest zasada, która jest otwarta w najprostszym systemie.