Stručně definice elektromagnetické indukce. Elektromagnetická indukce

Elektromagnetickou indukci objevil Faraday v roce 1831.

K demonstraci tohoto jevu si vezměme stacionární magnet a drátovou cívku, jejíž konce budou připojeny ke galvanometru. Pokud se cívka přiblíží k jednomu z pólů magnetu, tak se při pohybu ručička galvanometru vychýlí - v cívce se vybudí elektrický proud. Když se cívka pohybuje v opačném směru, směr proudu se obrátí. Totéž se stane, pokud otočíte magnet o 180 stupňů, aniž byste změnili směr pohybu cívky.

Vybuzení elektrického proudu při pohybu vodiče v magnetickém poli se vysvětluje působením Lorentzovy síly, ke kterému dochází při pohybu vodiče.

Uvažujme případ, kdy jsou dva paralelní vodiče AB a CD uzavřeny a vpravo jsou otevřené. Vodivý můstek BC může po drátech volně klouzat. Když se most pohybuje doprava rychlostí v, elektrony a kladné ionty se pohybují s ním. Na každý pohybující se náboj v magnetickém poli působí Lorentzova síla . Působí směrem dolů na kladné ionty a směrem nahoru na záporné. V důsledku toho se elektrony začnou po mostě pohybovat směrem nahoru, tzn. Bude jím protékat elektrický proud směřující dolů. Po přerozdělení nábojů vytvoří elektrické pole, které vybudí proudy v jiných částech obvodu ABCD.

Lorentzova síla F v experimentu hraje roli vnější síly, která budí elektrický proud.

02. Elektromotorická síla indukce(EMF) je skalární fyzikální veličina, která charakterizuje práci vnějších sil ve zdrojích stejnosměrného nebo střídavého proudu.

Znaménko minus je umístěno, protože se jedná o pole třetí strany namířeno proti bypassu kladného obvodu.

Hodnota lv je přírůstek v oblasti obrysu ABCD za jednotku času nebo rychlost přírůstku této oblasti. Proto se rovná

Základní zákon elektromagnetické indukce (Diferenciální forma zákona elektromagnetické indukce)

Když se uzavřený drát pohybuje v magnetickém poli, je v něm vybuzena elektromotorická síla úměrná rychlosti nárůstu magnetického toku pronikajícího do obvodu drátu.

03. Lenzovo pravidlo (Le Chatelierův princip)

Indukovaný proud má vždy takový směr, že zeslabuje působení příčiny, která tento proud budí.

Vezměme uzavřenou cívku drátu v magnetickém poli, kladný směr jejího obvodu tvoří pravotočivý systém se směrem pole. Předpokládejme, že magnetický tok F roste. Pak podle vzorce
, hodnota bude záporný a indukovaný proud v cívce poteče v záporném směru. Takový proud, oslabující vnější magnetické pole, zabrání zvýšení magnetického toku.

Nyní ať se magnetický tok Ф sníží. Potom hodnota se stane kladným a indukovaný proud v cívce poteče kladným směrem a zabrání snížení magnetického pole a magnetického toku.

04. Indukčnost drátu.

Uvažujme tenký uzavřený drát, kterým protéká stejnosměrný proud I. Uvnitř drátu rovnoběžně s jeho osou nakreslíme libovolnou uzavřenou matematickou konturu s a nastavíme na ní kladný směr. Pokud v prostoru nejsou žádná ferimagnetická tělesa, pak velikost B (magnetické pole proudu) a Ф (magnetický tok) bude úměrná proudu.

zde je aktuální síla v Gaussově systému jednotek a je aktuální síla v systému SGSM.

Vlastní indukčnost nebo koeficient vlastní indukčnosti drátu. Nezáleží na síle proudu, je určena pouze velikostí a konfigurací samotného drátu.

Fenomén elektromagnetické indukce objevil Mile Faraday v roce 1831. Ještě před 10 lety Faraday přemýšlel o způsobu, jak přeměnit magnetismus na elektřinu. Věřil, že magnetické pole a elektrické pole musí být nějak spojeno.

Objev elektromagnetické indukce

Například pomocí elektrického pole můžete zmagnetizovat železný předmět. Pravděpodobně by mělo být možné generovat elektrický proud pomocí magnetu.

Nejprve Faraday objevil fenomén elektromagnetické indukce ve vodičích, které jsou vůči sobě nehybné. Když se v jedné z nich objevil proud, indukoval se proud i v druhé cívce. Navíc v budoucnu zmizel a znovu se objevil až po vypnutí napájení jedné cívky.

Po nějaké době Faraday experimenty dokázal, že když se cívka bez proudu pohybuje v obvodu vůči jinému, jehož konce jsou napájeny napětím, vznikne elektrický proud i v první cívce.

Dalším pokusem bylo zavedení magnetu do cívky a zároveň se v ní objevil proud. Tyto experimenty jsou znázorněny na následujících obrázcích.

Faraday formuloval hlavní důvod pro výskyt proudu v uzavřeném okruhu. V uzavřeném vodivém obvodu vzniká proud, když se změní počet magnetických indukčních čar, které tímto obvodem pronikají.

Čím větší je tato změna, tím silnější je indukovaný proud. Nezáleží na tom, jak dosáhneme změny počtu magnetických indukčních čar. Toho lze například dosáhnout pohybem obvodu v nerovnoměrném magnetickém poli, jak se to stalo v experimentu s magnetem nebo pohybem cívky. A můžeme například změnit sílu proudu v cívce sousedící s obvodem a magnetické pole vytvořené touto cívkou se změní.

Vyjádření zákona

Pojďme si to krátce shrnout. Jev elektromagnetické indukce je jev výskytu proudu v uzavřeném obvodu, kdy se mění magnetické pole, ve kterém se tento obvod nachází.

Pro přesnější formulaci zákona elektromagnetické indukce je nutné zavést veličinu, která by charakterizovala magnetické pole - tok vektoru magnetické indukce.

Magnetický tok

Vektor magnetické indukce je označen písmenem B. Bude charakterizovat magnetické pole v libovolném bodě prostoru. Nyní uvažujme uzavřenou konturu ohraničující plochu o ploše S. Umístíme ji do rovnoměrného magnetického pole.

Mezi normálovým vektorem k povrchu a vektorem magnetické indukce bude určitý úhel a. Magnetický tok Ф povrchem plochy S se nazývá fyzikální veličina, která se rovná součinu velikosti vektoru magnetické indukce plochou povrchu a kosinu úhlu mezi vektorem magnetické indukce a normálou k obrysu.

Ф = B*S*cos(a).

Součin B*cos(a) je projekce vektoru B na normálu n. Proto lze formu pro magnetický tok přepsat následovně:

Jednotkou magnetického toku je weber. Udává 1 Wb. Magnetický tok 1 Wb je vytvářen magnetickým polem s indukcí 1 T přes plochu 1 m^2, která je umístěna kolmo k vektoru magnetické indukce.

>> Objev elektromagnetické indukce

Kapitola 2. ELEKTROMAGNETICKÁ INDUKCE

Dosud jsme uvažovali elektrická a magnetická pole, která se v čase nemění. Bylo zjištěno, že elektrostatické pole je vytvářeno stacionárními nabitými částicemi a magnetické pole pohyblivými, tedy elektrickým proudem. Nyní se seznámíme s elektrickými a magnetickými poli, která se v čase mění.

Nejdůležitější skutečností, která byla objevena, je úzký vztah mezi elektrickým a magnetickým polem. Ukázalo se, že časově proměnné magnetické pole generuje elektrické pole a měnící se elektrické pole vytváří magnetické pole. Bez tohoto spojení mezi poli by rozmanitost projevů elektromagnetických sil nebyla tak rozsáhlá, jak ve skutečnosti je. Nebyly by žádné rádiové vlny ani světlo.

§ 8 OBJEV ELEKTROMAGNETICKÉ INDUKCE

V roce 1821 si M. Faraday zapsal do svého deníku: „Přeměňte magnetismus na elektřinu.“ Po 10 letech tento problém vyřešil.

Není náhodou, že první, rozhodující krok v objevu nových vlastností elektromagnetických interakcí učinil zakladatel konceptu elektromagnetického pole M. Faraday, který si byl jistý jednotnou povahou elektrických a magnetických jevů. Díky tomu učinil objev, který se stal základem pro konstrukci generátorů ve všech elektrárnách světa přeměňujících mechanickou energii na elektrickou. (Zdroje fungující na jiných principech: galvanické články, baterie atd. poskytují nevýznamný podíl vyrobené elektrické energie.)

Elektrický proud, uvažoval M. Faraday, je schopen zmagnetizovat kus železa. Nemohl by naopak magnet způsobit elektrický proud? Dlouho se toto spojení nepodařilo objevit. Bylo těžké přijít na to hlavní, totiž: pohybující se magnet neboli časově proměnlivé magnetické pole dokáže vybudit elektrický proud v cívce.

Následující fakt ukazuje, jaké nehody mohly zabránit objevu. Téměř současně s Faradayem se švýcarský fyzik Colladon pokusil získat elektrický proud v cívce pomocí magnetu. Při své práci používal galvanometr, jehož světelná magnetická střelka byla umístěna uvnitř cívky přístroje. Aby magnet přímo neovlivňoval jehlu, konce cívky, do které Colladon vložil magnet v naději, že v něm vytvoří proud, byly odvezeny do vedlejší místnosti a tam připojeny ke galvanometru. Po vložení magnetu do cívky Colladon odešel do vedlejší místnosti a byl zklamán, když viděl, že galvanometr neukazuje žádný proud. Kdyby měl celou dobu pouze sledovat galvanometr a požádat někoho, aby na magnetu pracoval, došlo by k pozoruhodnému objevu. To se ale nestalo. Magnet v klidu vzhledem k cívce v ní nevytváří proud.

Obsah lekce poznámky k lekci podpůrná rámcová lekce prezentace akcelerační metody interaktivní technologie Praxe úkoly a cvičení autotest workshopy, školení, případy, questy domácí úkoly diskuze otázky řečnické otázky studentů Ilustrace audio, videoklipy a multimédia fotografie, obrázky, grafika, tabulky, diagramy, humor, anekdoty, vtipy, komiksy, podobenství, rčení, křížovky, citáty Doplňky abstraktyčlánky triky pro zvídavé jesličky učebnice základní a doplňkový slovník pojmů ostatní Zkvalitnění učebnic a lekcíopravovat chyby v učebnici aktualizace fragmentu v učebnici, prvky inovace v lekci, nahrazení zastaralých znalostí novými Pouze pro učitele perfektní lekce kalendářní plán na rok, metodická doporučení, diskusní pořady Integrované lekce

Na počátku 19. století vědec M. Faraday při provádění experimentů s vodivými materiály objevil zajímavý jev, který byl následující. Když byl vodivý rám umístěn do magnetického pole, byl v něm pozorován tok proudu, jehož velikost se zvětšovala s rostoucí rychlostí jeho pohybu. Tento efekt se nazýval jev elektromagnetické indukce a vlastní pole vytvořené vodičem se nazývalo indukované.

Jev elektromagnetické indukce je tedy pozorován vždy, když se vodič uzavřený na zátěži pohybuje ve vnějším magnetickém poli. Podobný jev bylo možné pozorovat, pokud by rám zůstal nehybný a velikost vnějšího magnetického pole elektromagnetické indukce byla změněna (přivedením permanentního magnetu k rámu nebo jeho oddálením).

Zdůvodnění jevu

Jako teoretické zdůvodnění toho, v čem spočívá fenomén elektromagnetické indukce, navrhl vědec, který jej objevil, M. Faraday, následující výklad:

• Když je rám umístěn v poli magnetu, začnou jím pronikat čáry, kolmé k jeho rovině nebo směřující k němu pod určitým úhlem;
• Když se otáčí, mění se počet těchto čar nebo síla magnetického pole (jeho tok), což vede k vzhledu emf na koncích vodiče;
• Velikost této síly je přímo úměrná rychlosti pohybu vodivého rámu a znaménko je určeno směrem jeho otáčení.

Je také možné změnit intenzitu pole, když rám stojí, ale pro dosažení stejného efektu v tomto případě budete muset přesunout samotný magnet do jeho blízkosti.

Pro kvantitativní reprezentaci objeveného jevu a vyhodnocení působící magnetické síly zavedl vědec koncept proudění daným povrchem o celkové ploše S. Vypočítá se následovně:

Poznámka! Vektor indukce magnetického pole se vždy shoduje ve směru s ukazatelem střelky kompasu umístěnou mezi póly.

Pro odhad hodnoty indukce „B“ byla zavedena speciální jednotka měření, která se v soustavě SI nazývá Tesla (podle jména slavného přírodovědce). Na základě všech výše uvedených výpočtů je indukce definována takto:

Porovnejte to s výše uvedeným vzorcem.

Směr magnetického pole

Podle v praxi ověřeného pravidla (říká se mu gimletové pravidlo) může být určení směru působení vektoru pole velmi jednoduché, pokud použijete následující jednoduché vysvětlení.

Pokud zašroubujete imaginární kroužek ve směru toku proudu v drátu, pak rotující impuls ukáže požadovaný směr (tomuto vzoru se někdy říká pravidlo „pravé ruky“).

Pro tento efekt platí i opačné tvrzení: otáčíte-li gimletem pravou rukou ve směru magnetického toku, pak bude vektor jeho rotace udávat směr toku elektronů, který je tímto polem iniciován. .

Další interpretace tohoto vzoru se týká určení vektoru siločar proudem indukovaného pole v solenoidu (klasická cívka s vinutím navinutým na jádru). Toto pravidlo, stejně jako předchozí, lze prezentovat následovně.

Uchopíme-li jádro pravou rukou tak, že prsty dlaně směřují k pohybu toku elektronů, pak palec ukáže na akční vektor pole uvnitř cívky.

Obecná ustanovení

Kromě toho, že se EMF objeví v uzavřeném rámu nebo vodiči, když se změní magnetický tok, vědci objevili další efekt. To se projevuje tak, že proud protékající rámem (cívkou) generuje vlastní elektrické pole, které působí v opačném směru, než je pole, které jej generuje. Tento jev byl poprvé objeven ruským vědcem E. H. Lenzem (1804-1865), který navrhl následující výklad:

• Vlivem magnetického pole se v cívce drátu objeví tzv. „indukovaný“ proud;
• Síla indukčního proudu a jeho směr jsou určeny podle pravidel diskutovaných výše;
• Vlastní magnetické pole vytvářené proudem, jehož čáry působí skrz povrch ohraničený obrysem nebo cívkou, vždy brání změně pole, které jej vytvořilo.

Důležité! Jev získaný v experimentu byl nazván Lenzův zákon, což je vynikající potvrzení principu zachování energie.

Jednoduše řečeno, Lenzův objev je popsán takto:

• Když se rám o určité délce pohybuje v magnetickém poli s pevnou indukcí, je jeho drát ovlivněn EMF, které odděluje pohybující se elektrické náboje;
• V důsledku toho se ve vodiči rámu vytvoří elektromotorická síla indukčního proudu, vypočtená podle Maxwellova zákona;
• Proud tekoucí pod jeho vlivem způsobuje vzhled dalšího EMF nasměrovaného v opačném směru. Zároveň zabraňuje změně proudu, který ji způsobil.

Výše popsaný jev dostal název samoindukce, která ve svých nejjednodušších pojmech spočívá ve vzhledu dalšího pole.

Základní veličiny a názvy měřených jednotek

Magnetický tok indukovaný v závitech cívky do ní proniká přísně kolmo a má hodnotu úměrnou síle proudu v ní. Veličina vyjádřená jako poměr toku pole k intenzitě proudu ve zkoumaném obvodu se obvykle nazývá jeho indukčnost.

Jeho jednotka v klasické soustavě SI byla dohodnuta na 1 henry. Jinými slovy, 1 H představuje indukčnost takového závitu nebo vinutí, ve kterém se při změně proudu o 1 ampér za 1 sekundu indukuje samoindukční emf, jehož hodnota se rovná jednomu Voltu.

V letech následujících po objevech M. Maxwella a H. Lenze vědci podnikli mnoho pokusů vysvětlit celý soubor objevených jevů a získat jednotnou teorii pole.

Obecná teorie elektromagnetického pole

Základy

Na základě výsledků svého výzkumu formuloval J. Maxwell následující základní předpoklad, který nám umožňuje pochopit, co je to jev elektromagnetické indukce:

• Změna parametrů magnetického pole v průběhu času vytváří efekt elektrického pole odpovídající těmto změnám;
• Takový útvar má strukturu odlišnou od elektrostatického pole vytvářeného stacionárními náboji;
• Čáry intenzity elektrického útvaru generovaného proudem (podobné stejným charakteristikám pro všechna známá pole) jsou uzavřené;

Poznámka! V řadě zdrojů se toto pole nazývá „vír“, což při studiu materiálu není tak důležité pro pochopení jeho skutečné podstaty.

• Ovlivňuje volné elektrické náboje jako elektrostatické pole a síla indukčního proudu v něm závisí na indikátoru intenzity (E).

Práce konaná silami ve vírovém poli

Na rozdíl od všech ostatních formací elektrického pole není práce takového pole v celé uzavřené smyčce vodičů nulová. Má velmi specifický pozitivní význam, v důsledku čehož je obvykle klasifikován jako potenciální oborová struktura.

Velikost takové práce v nejjednodušším případě může být reprezentována jako výsledek působení EMF indukovaného v uzavřené smyčce.

Na závěr pár slov o významu výše diskutovaných objevů, které nám umožňují pochopit, co je elektromagnetická indukce. Uvažované jevy a jevy mají široké využití v praktické elektrotechnice a umožňují vyrábět zařízení užitečná pro každého člověka, jako jsou elektromotory, generátory a transformátory. Tento seznam může být doplněn velkým množstvím názvů jednotek a zařízení, které fungují díky výše uvedeným efektům.

Video

2.7. OBJEV ELEKTROMAGNETICKÉ INDUKCE

Velkým přínosem pro moderní elektrotechniku ​​byl anglický vědec Michael Faraday, jehož práce byly zase připraveny předchozími pracemi o studiu elektrických a magnetických jevů.

Něco symbolického je v tom, že v roce narození M. Faradaye (1791) vyšlo pojednání Luigiho Galvaniho s prvním popisem nového fyzikálního jevu – elektrického proudu a v roce jeho smrti (1867) „ dynamo“ byl vynalezen - samobuzení DC generátor, tzn. objevil se spolehlivý, ekonomický a snadno použitelný zdroj elektrické energie. Život velkého vědce a jeho jedinečná činnost ve svých metodách, obsahu a významu otevřela nejen novou kapitolu fyziky, ale sehrála rozhodující roli i u zrodu nových odvětví techniky: elektrotechniky a radiotechniky.

Více než sto let se mnoho generací studentů učilo v hodinách fyziky az četných knih příběh o pozoruhodném životě jednoho z nejslavnějších vědců, člena 68 vědeckých společností a akademií. Obvykle je jméno M. Faradaye spojováno s nejvýznamnějším a tedy nejslavnějším objevem - fenoménem elektromagnetické indukce, který učinil v roce 1831. Ale rok před tím, v roce 1830, pro výzkum v oblasti chemie a elektromagnetismu, M. Faraday byl zvolen čestným členem Petersburg Academy of Sciences a členem Royal Society of London (British Academy of Sciences) byl zvolen již v roce 1824. Počínaje rokem 1816, kdy byla první vědecká práce M. Faradaye věnována k chemické analýze toskánského vápna a až do roku 1831, kdy začal vycházet slavný vědecký deník „Experimentální výzkum elektřiny“, M. Faraday publikoval přes 60 vědeckých prací.

Velká dřina, žízeň po vědění, vrozená inteligence a pozorování umožnily M. Faradayovi dosáhnout vynikajících výsledků ve všech těch oblastech vědeckého výzkumu, kterým se vědec věnoval. Uznávaný „král experimentátorů“ rád opakoval: „Uměním experimentátora je umět klást přírodě otázky a rozumět jejím odpovědím.“

Každá studie M. Faradaye se vyznačovala takovou důkladností a byla tak v souladu s předchozími výsledky, že mezi jeho současníky nebyli téměř žádní kritici jeho díla.

Vyloučíme-li z úvahy chemický výzkum M. Faradaye, který ve svém oboru rovněž představoval éru (stačí připomenout pokusy se zkapalňováním plynů, objevy benzenu, butylenu), pak všechna jeho další díla na první pohled někdy roztroušeně jako tahy na malířském plátně dohromady tvoří úžasný obraz komplexní studie dvou problémů: vzájemné přeměny různých forem energie a fyzického obsahu prostředí.

Rýže. 2.11. Schéma „elektromagnetických rotací“ (na základě Faradayova nákresu)

1, 2 - misky se rtutí; 3 - pohyblivý magnet; 4 - stacionární magnet; 5, 6 - vodiče vedoucí k baterii galvanických článků; 7 - měděná tyč; 8 - pevný vodič; 9 - pohyblivý vodič

Práce M. Faradaye v oblasti elektřiny začala studiem tzv. elektromagnetických rotací. Ze série experimentů Oersted, Arago, Ampere, Biot, Savart, provedených v roce 1820, se stalo známým nejen o elektromagnetismu, ale také o jedinečnosti interakcí mezi proudem a magnetem: zde, jak již bylo uvedeno, centrální síly které nebyly známé klasické mechanice, a jiné síly se snažily ustavit magnetickou jehlu kolmo k vodiči. M. Faraday položil otázku: má magnet tendenci se plynule pohybovat kolem vodiče jako drén? Experiment potvrdil hypotézu. V roce 1821 M. Faraday popsal fyzické zařízení, schematicky znázorněné na Obr. 2.11. V levé nádobě se rtutí byl dole zavěšený permanentní tyčový magnet. Když byl proud zapnut, jeho horní část rotovala kolem stacionárního vodiče. V pravé nádobě byla tyč magnetu nehybná a vodič s proudem, volně zavěšený na konzole, klouzal po rtuti a otáčel se kolem pólu magnetu. Vzhledem k tomu, že tento experiment poprvé představoval magnetoelektrické zařízení s kontinuálním pohybem, je zcela legitimní začít historii elektrických strojů obecně a elektromotoru zvláště tímto zařízením. Věnujme pozornost také rtuťovému kontaktu, který následně našel uplatnění v elektromechanice.

Zjevně to bylo od tohoto okamžiku, kdy M. Faraday začal rozvíjet myšlenky o univerzální „vzájemné směnitelnosti sil“. Získal souvislý mechanický pohyb pomocí elektromagnetismu a dal si za úkol tento jev zvrátit nebo v terminologii M. Faradaye přeměnit magnetismus na elektřinu.

Pouze absolutní přesvědčení o platnosti hypotézy „interkonvertibility“ může vysvětlit odhodlání a vytrvalost, tisíce experimentů a 10 let tvrdé práce vynaložené na řešení formulovaného problému. V srpnu 1831 byl proveden rozhodující experiment a 24. listopadu na schůzi v Royal Society byla nastíněna podstata fenoménu elektromagnetické indukce.

Rýže. 2.12. Ilustrace Aragova experimentu ("rotační magnetismus")

1 - vodivý nemagnetický disk; 2 - skleněná základna pro montáž osy disku

Jako příklad charakterizující myšlenkový pochod vědce a formování jeho představ o elektromagnetickém poli uveďme studii M. Faradaye o jevu, který se tehdy nazýval „rotační magnetismus“. Mnoho let před prací M. Faradaye si navigátoři všimli brzdného účinku měděného těla kompasu na kmity magnetické střelky. V roce 1824 D.F. Arago (viz § 2.5) popsal fenomén „rotačního magnetismu“, který ani on, ani jiní fyzikové nedokázali uspokojivě vysvětlit. Podstata jevu byla následující (obr. 2.12). Podkovovitý magnet se mohl otáčet kolem svislé osy a nad jeho póly se nacházel hliníkový nebo měděný kotouč, který se mohl otáčet i na ose, jejíž směr otáčení se shodoval se směrem otáčení osy magnetu. V klidu nebyly pozorovány žádné interakce mezi diskem a magnetem. Jakmile se ale magnet začal otáčet, kotouč se řítil za ním a naopak. Aby se vyloučila možnost strhávání disku proudy vzduchu, magnet a disk byly odděleny sklem.

Objev elektromagnetické indukce pomohl M. Faradayovi vysvětlit fenomén D.F. Arago a hned na začátku studie zapište: „Doufal jsem, že ze zkušeností pana Araga vyrobím nový zdroj elektřiny.“

Téměř současně s M. Faradayem pozoroval elektromagnetickou indukci vynikající americký fyzik Joseph Henry (1797–1878). Není těžké si představit zkušenosti vědce, budoucího prezidenta Americké národní akademie věd, když se chystal publikovat svá pozorování a dozvěděl se o publikaci M. Faradaye. O rok později D. Henry objevil fenomén samoindukce a mimoproudu a také stanovil závislost indukčnosti obvodu na vlastnostech materiálu a konfiguraci jader cívky. V roce 1838 studoval D. Henry „proudy vyššího řádu“, tj. proudy indukované jinými indukovanými proudy. Pokračování těchto studií přivedlo v roce 1842 D. Henryho k objevu oscilačního charakteru vybíjení kondenzátoru (později v roce 1847 tento objev zopakoval vynikající německý fyzik Hermann Helmholtz) (1821–1894).

Vraťme se k hlavním experimentům M. Faradaye. První série experimentů byla zakončena experimentem demonstrujícím fenomén „voltaicko-elektrické“ (v terminologii M. Faradaye) indukce (obr. 2.13, Obr. A-G). Po zjištění výskytu proudu v sekundárním okruhu 2 při zavírání nebo otevírání primární 1 nebo při vzájemném pohybu primárního a sekundárního okruhu (obr. 2.13, PROTI), M. Faraday připravil experiment k určení vlastností indukovaného proudu: uvnitř spirály b, zařazena do sekundárního okruhu byla umístěna ocelová jehla 7 (obr. 2.13, b), který byl zmagnetizován indukovaným proudem. Výsledek ukázal, že indukovaný proud byl podobný proudu získanému přímo z galvanické baterie 3.

Rýže. 2.13. Schémata hlavních experimentů, které vedly k objevu elektromagnetické indukce

Výměna dřevěného nebo kartonového bubnu 4, na kterém bylo primární a sekundární vinutí navinuto ocelovým kroužkem (obr. 2.13, d), objevil M. Faraday intenzivnější výchylku jehly galvanometru. 5. Tato zkušenost naznačila významnou roli prostředí v elektromagnetických procesech. Zde M. Faraday poprvé používá zařízení, které lze nazvat prototypem transformátoru.

Druhá série experimentů ilustrovala jev elektromagnetické indukce, ke kterému docházelo při absenci zdroje napětí v primárním okruhu. Na základě skutečnosti, že cívka vedená proudem je totožná s magnetem, nahradil M. Faraday zdroj napětí dvěma permanentními magnety (obr. 2.13, Obr. d) a pozorovali proud v sekundárním vinutí, když se magnetický obvod uzavřel a otevřel. Tento jev nazval „magnetoelektrická indukce“; Později poznamenal, že neexistuje žádný zásadní rozdíl mezi „voltaicko-elektrickou“ a „magnetoelektrickou“ indukcí. Následně byly oba tyto jevy spojeny pojmem „elektromagnetická indukce“. V závěrečných experimentech (obr. 2.13, e, g) byl prokázán výskyt indukovaného proudu, když se permanentní magnet nebo cívka s proudem pohybuje uvnitř solenoidu. Právě tento experiment jasněji prokázal možnost přeměny „magnetismu na elektřinu“ nebo přesněji mechanické energie na elektrickou energii.

Na základě nových myšlenek podal M. Faraday vysvětlení fyzické stránky experimentu s diskem D.F. Arago. Stručně lze průběh jeho úvah shrnout následovně. Hliníkový (nebo jakýkoli jiný vodivý, ale nemagnetický) disk si lze představit jako kolo s nekonečně velkým počtem paprsků – radiálních vodičů. Relativním pohybem magnetu a disku tyto paprskové vodiče „přeřezávají magnetické křivky“ (Faradayova terminologie) a ve vodičích vzniká indukovaný proud. Již byla známa interakce proudu s magnetem. V interpretaci M. Faradaye přitahuje pozornost terminologie a způsob vysvětlení jevu. Pro určení směru indukovaného proudu zavádí pravidlo nože, který řeže siločáry. To ještě není E.H. zákon. Lenz, který se vyznačuje univerzálností charakteristik jevu, ale pokaždé se pouze pokouší pomocí podrobného popisu zjistit, zda proud poteče z rukojeti ke špičce čepele nebo naopak. Zde je ale důležitý základní obraz: M. Faraday na rozdíl od zastánců teorie působení na velkou vzdálenost vyplňuje prostor, v němž působí různé síly, hmotným médiem, éterem, rozvíjející éterickou teorii L. Eulera, který , byl zase ovlivněn myšlenkami M.V. Lomonosov.

M. Faraday dal magnetickou a poté při studiu dielektrik a elektrických silokřivek fyzikální realitu, obdařil je vlastností pružnosti a našel velmi věrohodná vysvětlení pro širokou škálu elektromagnetických jevů pomocí myšlenky tyto elastické linie, podobné pryžovým nitím.

Uplynulo více než století a půl a stále jsme nenašli vizuálnější způsob a schéma pro vysvětlení jevů spojených s indukcí a elektromechanickým dějem, než je slavný koncept Faradayových čar, který se nám dodnes jeví jako hmatatelný.

Z disku D.F. Arago M. Faraday ve skutečnosti vyrobil nový zdroj elektřiny. M. Faraday přinutil hliníkový nebo měděný kotouč otáčet se mezi póly magnetu a umístil kartáče na osu disku a na jeho okraj.

Tímto způsobem byl navržen elektrický stroj, který později dostal název unipolární generátor.

Při analýze děl M. Faradaye jasně vyvstává obecná myšlenka, kterou velký vědec rozvíjel po celý svůj tvůrčí život. Při čtení M. Faradaye je těžké se zbavit dojmu, že se zabýval pouze jedním problémem vzájemné přeměny různých forem energie a všechny jeho objevy byly učiněny mimochodem a sloužily pouze k dokreslení hlavní myšlenky. Zkoumá různé druhy elektřiny (živočišnou, galvanickou, magnetickou, termoelektřinu) a na důkaz jejich kvalitativní identity objevuje zákon elektrolýzy. Elektrolýza přitom, stejně jako záškuby svalů vypreparované žáby, zpočátku sloužila jen jako důkaz, že všechny druhy elektřiny se projevují stejnými akcemi.

Výzkum statické elektřiny a fenoménu elektrostatické indukce vedl M. Faradaye k vytvoření představ o dielektrikách, k definitivnímu rozchodu s teorií působení na velké vzdálenosti, k pozoruhodným studiím výboje v plynech (objev Faradayova temného prostoru) . Další výzkum interakce a vzájemné přeměny sil ho přivedl k objevu magnetické rotace roviny polarizace světla, k objevu diamagnetismu a paramagnetismu. Přesvědčení o univerzalitě vzájemných proměn přimělo M. Faradaye obrátit se dokonce ke studiu souvislostí magnetismu a elektřiny na jedné straně a gravitace na straně druhé. Je pravda, že Faradayovy důmyslné experimenty nepřinesly pozitivní výsledek, ale to neotřáslo jeho důvěrou v existenci spojení mezi těmito jevy.

Životopisci M. Faradaye rádi zdůrazňují skutečnost, že se M. Faraday vyhýbal používání matematiky, že na mnoha stovkách stránek jeho Experimentálních studií v elektřině neexistuje jediný matematický vzorec. V tomto ohledu je vhodné uvést výrok krajana M. Faradaye, velkého fyzika Jamese Clarka Maxwella (1831–1879): „Když jsem začal studovat Faradayovo dílo, zjistil jsem, že jeho metoda chápání jevů byla také matematická, ačkoliv nejsou prezentovány ve formě běžných matematických symbolů. Zjistil jsem také, že tuto metodu lze vyjádřit běžnou matematickou formou a srovnat ji tak s metodami profesionálních matematiků.“

„Matematickou povahu“ Faradayova myšlení lze ilustrovat jeho zákony elektrolýzy nebo například formulací zákona elektromagnetické indukce: množství elektřiny uvedené do pohybu je přímo úměrné počtu zkřížených siločar. Stačí si představit poslední formulaci ve formě matematických symbolů a hned získáme vzorec, ze kterého velmi rychle plyne slavné d?/dt, kde? - vazba magnetického toku.

D.K. Maxwell, který se narodil v roce objevu fenoménu elektromagnetické indukce, velmi skromně hodnotil jeho služby vědě a zdůraznil, že pouze rozvinul a do matematické podoby uvedl myšlenky M. Faradaye. Maxwellovu teorii elektromagnetického pole ocenili vědci konce 19. a počátku 20. století, kdy se radiotechnika začala rozvíjet na základě myšlenek Faradaye a Maxwella.

Abychom charakterizovali vhled M. Faradaye, jeho schopnost proniknout do hlubin nejsložitějších fyzikálních jevů, je důležité si zde připomenout, že již v roce 1832 se brilantní vědec odvážil naznačit, že elektromagnetické procesy jsou vlnové povahy, s magnetické oscilace a elektrická indukce šířící se konečnou rychlostí.

Koncem roku 1938 byl v archivu Royal Society of London objeven zapečetěný dopis M. Faradaye z 12. března 1832. Více než 100 let ležel v neznámu a obsahoval následující řádky:

„Některé výsledky výzkumu... mě přivedly k závěru, že šíření magnetického vlivu vyžaduje čas, tzn. Působí-li jeden magnet na jiný vzdálený magnet nebo kus železa, tak se ovlivňující příčina (kterou si dovolím nazvat magnetismem) šíří postupně z magnetických těles a vyžaduje k jejímu rozšíření určitý čas, který bude samozřejmě velmi nepatrný.

Také věřím, že elektrická indukce se pohybuje přesně stejným způsobem. Domnívám se, že šíření magnetických sil od magnetického pólu je obdobné jako u vibrací narušené vodní hladiny nebo jako u zvukových vibrací částic vzduchu, tzn. Mám v úmyslu aplikovat teorii kmitání na magnetické jevy, jak se to dělá ve vztahu ke zvuku, a je nejpravděpodobnějším vysvětlením světelných jevů.

Analogicky se domnívám, že je možné aplikovat teorii oscilací na šíření elektrické indukce. Chci tyto názory experimentálně otestovat, ale protože můj čas je zaneprázdněn úředními povinnostmi, což může způsobit prodloužení experimentů... Chci tím, že předám tento dopis do úschovy Královské společnosti, přiřadit objev sobě tím, že určité datum...".

Protože tyto myšlenky M. Faradaye zůstaly neznámé, není důvod odmítat jeho velkého krajana D.K. Maxwell v objevu těchto stejných myšlenek, kterým dal přísnou fyzikální a matematickou formu a zásadní význam.

Z knihy Úžasná mechanika autor Gulia Nurbey Vladimirovič

Objev starověkého hrnčíře Jedním z nejmajestátnějších měst Mezopotámie je starověký Ur. Je obrovský a má mnoho tváří. Je to skoro celý stát. Zahrady, paláce, dílny, složité vodní stavby, náboženské budovy, zřejmě v malé keramické dílně

Z knihy Pravidla pro elektroinstalace v otázkách a odpovědích [Příručka pro studium a přípravu na znalostní test] autor Krasnik Valentin Viktorovič

Zajištění elektromagnetické kompatibility komunikačních a telemechanických zařízení Otázka. Jak se vyrábějí komunikační a telemechanická zařízení? Jsou odolné proti hluku v míře dostatečné k zajištění jejich spolehlivého provozu v běžných i nouzových situacích.

Z knihy Tajná auta sovětské armády autor Kochněv Jevgenij Dmitrijevič

Rodina „Otkritie“ (KrAZ-6315/6316) (1982 - 1991) V únoru 1976 byla vydána tajná rezoluce Rady ministrů a Ústředního výboru KSSS o vývoji v hlavních sovětských automobilkách rodin zásadně nových těžkých armádní nákladní automobily a silniční vlaky, vyrobené podle požadavků

Z knihy Šelest granátu autor Priščepenko Alexandr Borisovič

5.19. Proč milují permanentní magnety? Domácí přístroj pro měření indukce pole. Další zařízení, které odstraňuje potíže s výpočtem vinutí Obrovskou výhodou magnetů bylo, že časově konstantní pole nebylo potřeba synchronizovat s výbušnými procesy a

Z knihy Nové zdroje energie autor Frolov Alexander Vladimirovič

Kapitola 17 Kapilární jevy Samostatnou třídu zařízení pro přeměnu tepelné energie média tvoří četné kapilární stroje, které vykonávají práci bez spotřeby paliva. Podobných projektů je v dějinách techniky celá řada. Obtížnost je stejná

Z knihy Kov století autor Nikolajev Grigorij Iljič

Kapitola 1. OBJEV PRVKU KNĚŽSKÉHO ZÁJMU Sedm kovů starověku, stejně jako síra a uhlík – to vše jsou prvky, se kterými se lidstvo seznámilo za dlouhá tisíciletí své existence až do 13. století našeho letopočtu. Před osmi stoletími začalo období alchymie. On

Z knihy Dějiny elektrotechniky autor Tým autorů

1.3. OBJEV NOVÝCH VLASTNOSTÍ ELEKTŘINY Jedním z prvních, kdo se po seznámení s knihou V. Hilberta rozhodl získat silnější projevy elektrických sil, byl slavný vynálezce vzduchového čerpadla a experimentu s polokoulemi, magdeburský purkmistr Otto von Guericke

Z knihy Historie významných objevů a vynálezů (elektrotechnika, elektroenergetika, radioelektronika) autor Shneyberg Jan Abramovič

2.4. OBJEV ELEKTRICKÉHO OBLOUKU A JEHO PRAKTICKÉ VYUŽITÍ Největší zájem ze všech děl V.V. Petrova prezentuje svůj objev v roce 1802 fenoménu elektrického oblouku mezi dvěma uhlíkovými elektrodami spojenými s póly jím vytvořeného zdroje vysokého výkonu.

Z autorovy knihy

2.6. OBJEV JEVŮ TERMOELEKTRINY A STANOVENÍ ZÁKONŮ ELEKTRICKÉHO OBVODU Další studium jevů elektřiny a magnetismu vedlo k objevu nových skutečností.V roce 1821 profesor berlínské univerzity Thomas Johann Seebeck (1770–1831), studovat

Z autorovy knihy

3.5. OBJEV ROTUJÍCÍHO MAGNETICKÉHO POLE A VYTVOŘENÍ ASYNCHRONNÍCH ELEKTROMOTORŮ Počátek moderní etapy ve vývoji elektrotechniky se datuje do 90. let 19. století, kdy řešení složitého energetického problému dalo vzniknout přenosu výkonu a

Z autorovy knihy

KAPITOLA 5 Objev elektromagnetismu a vytvoření různých elektrických strojů, které znamenaly počátek elektrifikace Objev vlivu „elektrického konfliktu“ na magnetickou střelku V červnu 1820 byla v Kodani vydána malá brožura v latině