Ukratko o definiciji elektromagnetske indukcije. Elektromagnetska indukcija
Elektromagnetsku indukciju otkrio je Faraday 1831.
Da bismo demonstrirali ovaj fenomen, uzmimo nepomični magnet i žičanu zavojnicu, čiji će krajevi biti spojeni na galvanometar. Ako se zavojnica približi jednom od polova magneta, tada se tijekom kretanja igla galvanometra skreće - u zavojnici se pobuđuje električna struja. Kada se zavojnica kreće u suprotnom smjeru, smjer struje je obrnut. Ista stvar se događa ako zakrenete magnet za 180 stupnjeva bez promjene smjera kretanja zavojnice.
Pobuda električne struje pri gibanju vodiča u magnetskom polju objašnjava se djelovanjem Lorentzove sile koja nastaje pri gibanju vodiča.
Razmotrimo slučaj kada su dvije paralelne žice AB i CD zatvorene, a s desne otvorene. Vodljivi most BC može slobodno kliziti po žicama. Kada se most pomiče udesno brzinom v, s njim se pomiču elektroni i pozitivni ioni. Na svaki pokretni naboj u magnetskom polju djeluje Lorentzova sila 
. Na pozitivne ione djeluje prema dolje, a na negativne prema gore. Kao rezultat toga, elektroni će se početi kretati prema gore duž mosta, tj. Kroz njega će teći električna struja usmjerena prema dolje. Nakon preraspodjele naboja, oni će stvoriti električno polje, koje će pobuditi struje u drugim dijelovima kruga ABCD.
Lorentzova sila F u pokusu ima ulogu vanjske sile koja pobuđuje električnu struju.
02. Elektromotorna sila indukcije(EMF) je skalarna fizikalna veličina koja karakterizira rad vanjskih sila u izvorima istosmjerne ili izmjenične struje.
Znak minus je stavljen jer je to polje treće strane 
usmjerena protiv pozitivne premosnice kruga.
Vrijednost lv je povećanje površine konture ABCD po jedinici vremena ili brzina povećanja ove površine. Stoga je jednako 
Osnovni zakon elektromagnetske indukcije (Diferencijalni oblik zakona elektromagnetske indukcije)
Kada se zatvorena žica kreće u magnetskom polju, u njoj se pobuđuje elektromotorna sila, proporcionalna brzini porasta magnetskog toka koji prodire kroz strujni krug žice.
03. Lenzovo pravilo (Le Chatelierov princip)
Inducirana struja uvijek ima takav smjer da slabi djelovanje uzroka koji tu struju pobuđuje.
Uzmimo zatvoreni svitak žice u magnetskom polju, pozitivni smjer njegovog strujnog kruga čini desni sustav sa smjerom polja. Pretpostavimo da magnetski tok F raste. Zatim, prema formuli 
, vrijednost 
bit će negativan, a inducirana struja u zavojnici teći će u negativnom smjeru. Takva će struja, slabeći vanjsko magnetsko polje, spriječiti povećanje magnetskog toka. 
Neka se sada magnetski tok F smanji. Zatim vrijednost 
će postati pozitivan, a inducirana struja u zavojnici će teći u pozitivnom smjeru i spriječit će smanjenje magnetskog polja i magnetskog toka.
04. Induktivitet žice.
Promotrimo tanku zatvorenu žicu kroz koju teče istosmjerna struja I. Unutar žice, paralelno s njezinom osi, nacrtamo proizvoljnu zatvorenu matematičku konturu s i odredimo joj pozitivan smjer. Ako u prostoru nema ferimagnetskih tijela, tada će veličina B (magnetsko polje struje) i F (magnetski tok) biti proporcionalna struji. 
ovdje je jakost struje u Gaussovom sustavu jedinica, a je jakost struje u SGSM sustavu.
Samoinduktivnost, ili koeficijent samoinduktivnosti žice. Ne ovisi o jakosti struje, određuje se samo veličinom i konfiguracijom same žice.
Fenomen elektromagnetske indukcije otkrio je Mile Faraday 1831. godine. Čak 10 godina ranije, Faraday je razmišljao o načinu pretvaranja magnetizma u elektricitet. Vjerovao je da magnetsko i električno polje moraju biti nekako povezani.
Otkriće elektromagnetske indukcije
Na primjer, pomoću električnog polja možete magnetizirati željezni predmet. Vjerojatno bi trebalo biti moguće generirati električnu struju pomoću magneta.
Prvo je Faraday otkrio fenomen elektromagnetske indukcije u vodičima koji su nepomični jedan u odnosu na drugi. Kad bi se u jednom od njih pojavila struja, struja bi se inducirala i u drugom svitku. Štoviše, u budućnosti je nestao i ponovno se pojavio samo kada je napajanje jedne zavojnice isključeno.
Nakon nekog vremena, Faraday je eksperimentima dokazao da kada se zavojnica bez struje kreće u strujnom krugu u odnosu na drugu, čiji su krajevi opskrbljeni naponom, električna struja će također nastati u prvoj zavojnici.
Sljedeći pokus bio je uvođenje magneta u zavojnicu, a istovremeno se u njoj pojavila struja. Ovi eksperimenti prikazani su na sljedećim slikama.
Faraday je formulirao glavni razlog za pojavu struje u zatvorenom krugu. U zatvorenom vodljivom krugu struja nastaje kada se promijeni broj linija magnetske indukcije koje prolaze kroz ovaj krug.
Što je ova promjena veća, to je inducirana struja jača. Nije svejedno kako postižemo promjenu broja linija magnetske indukcije. Na primjer, to se može učiniti pomicanjem kruga u nejednolikom magnetskom polju, kao što se dogodilo u eksperimentu s magnetom ili pomicanjem zavojnice. I možemo, na primjer, promijeniti jakost struje u zavojnici uz strujni krug, a magnetsko polje koje stvara ova zavojnica će se promijeniti.
Izjava zakona
Rezimirajmo ukratko. Fenomen elektromagnetske indukcije je pojava pojave struje u zatvorenom krugu, kada se mijenja magnetsko polje u kojem se taj krug nalazi.
Za precizniju formulaciju zakona elektromagnetske indukcije potrebno je uvesti veličinu koja bi karakterizirala magnetsko polje - tok vektora magnetske indukcije.
Magnetski tok
Vektor magnetske indukcije označen je slovom B. On će karakterizirati magnetsko polje u bilo kojoj točki prostora. Sada razmotrimo zatvorenu konturu koja omeđuje površinu površine S. Smjestimo je u jednoliko magnetsko polje.
Postojat će određeni kut a između vektora normale na površinu i vektora magnetske indukcije. Magnetski tok F kroz površinu površine S naziva se fizikalna veličina jednaka umnošku veličine vektora magnetske indukcije s površinom i kosinusom kuta između vektora magnetske indukcije i normale na konturu.
F = B*S*cos(a).
Umnožak B*cos(a) je projekcija vektora B na normalu n. Stoga se oblik za magnetski tok može prepisati na sljedeći način:
Jedinica magnetskog toka je weber. Označeno s 1 Wb. Magnetski tok od 1 Wb stvara magnetsko polje s indukcijom od 1 T kroz površinu od 1 m^2, koja se nalazi okomito na vektor magnetske indukcije.
>> Otkriće elektromagnetske indukcije
Poglavlje 2. ELEKTROMAGNETSKA INDUKCIJA
Do sada smo razmatrali električna i magnetska polja koja se ne mijenjaju tijekom vremena. Utvrđeno je da elektrostatsko polje stvaraju nepokretne nabijene čestice, a magnetsko polje one koje se kreću, odnosno električna struja. Sada se upoznajmo s električnim i magnetskim poljima, koja se mijenjaju tijekom vremena.
Najvažnija činjenica koja je otkrivena je bliska povezanost između električnog i magnetskog polja. Pokazalo se da vremenski promjenjivo magnetsko polje stvara električno polje, a promjenjivo električno polje stvara magnetsko polje. Bez te veze između polja, raznolikost manifestacija elektromagnetskih sila ne bi bila tako opsežna kao što zapravo jest. Ne bi bilo radio valova ni svjetla.
§ 8 OTKRIĆE ELEKTROMAGNETSKE INDUKCIJE
Godine 1821. M. Faraday je napisao u svom dnevniku: "Pretvorite magnetizam u elektricitet." Nakon 10 godina riješio je ovaj problem.
Nije slučajno da je prvi, odlučujući korak u otkrivanju novih svojstava elektromagnetskih interakcija napravio utemeljitelj pojma elektromagnetskog polja M. Faraday, koji je bio uvjeren u jedinstvenu prirodu električnih i magnetskih pojava. Zahvaljujući tome, došao je do otkrića koje je postalo osnova za projektiranje generatora u svim elektranama u svijetu, pretvarajući mehaničku energiju u električnu. (Izvori koji rade na drugim principima: galvanski članci, baterije i sl. daju neznatan udio proizvedene električne energije.)
Električna struja, razmišljao je M. Faraday, može magnetizirati komad željeza. Ne bi li magnet, zauzvrat, mogao izazvati električnu struju? Dugo se ta veza nije mogla otkriti. Bilo je teško dokučiti ono glavno, naime: pokretni magnet, ili vremenski promjenjivo magnetsko polje, može pobuditi električnu struju u zavojnici.
Sljedeća činjenica pokazuje kakve su nesreće mogle spriječiti otkriće. Gotovo istodobno s Faradayem, švicarski fizičar Colladon pokušao je pomoću magneta dobiti električnu struju u zavojnici. Tijekom rada koristio se galvanometrom čija je svjetlosna magnetska igla bila smještena unutar zavojnice uređaja. Kako bi se spriječilo da magnet izravno utječe na iglu, krajevi zavojnice u koju je Colladon umetnuo magnet, nadajući se da će u njoj stvoriti struju, odneseni su u susjednu prostoriju i tamo spojeni na galvanometar. Umetnuvši magnet u zavojnicu, Colladon je otišao u susjednu sobu i razočarano vidio da galvanometar ne pokazuje nikakvu struju. Da je samo morao cijelo vrijeme promatrati galvanometar i zamoliti nekoga da radi na magnetu, došao bi do izvanrednog otkrića. Ali to se nije dogodilo. Magnet koji miruje u odnosu na zavojnicu ne stvara struju u njoj.
Sadržaj lekcije bilješke lekcije prateći okvir lekcija prezentacija metode ubrzanja interaktivne tehnologije Praksa zadaci i vježbe radionice za samotestiranje, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća pitanja za raspravu retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video isječci i multimedija fotografije, slike, grafike, tablice, dijagrami, humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, križaljke, citati Dodaci sažetakačlanci trikovi za znatiželjne jaslice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i nastaveispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje ulomka u udžbeniku, elementi inovacije u nastavi, zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje savršene lekcije kalendarski plan za godinu, metodološke preporuke, program rasprave Integrirane lekcijePočetkom 19. stoljeća, znanstvenik M. Faraday, dok je provodio eksperimente s vodljivim materijalima, otkrio je zanimljiv fenomen, koji je bio sljedeći. Kad se vodljivi okvir postavi u magnetsko polje, u njemu se zapaža strujanje čija se veličina povećavala kako se povećavala brzina njegova kretanja. Taj je učinak nazvan fenomenom elektromagnetske indukcije, a vlastito polje koje stvara vodič nazvano je induciranim.
Dakle, pojava elektromagnetske indukcije opaža se kad god se vodič zatvoren za opterećenje kreće u vanjskom magnetskom polju. Sličan fenomen mogao bi se uočiti kada bi se okvir ostavio nepomičan i promijenila se veličina vanjskog magnetskog polja elektromagnetske indukcije (prinošenjem permanentnog magneta okviru ili njegovim odmicanjem).
Opravdanost pojave
Kao teoretsko opravdanje od čega se sastoji fenomen elektromagnetske indukcije, znanstvenik koji ju je otkrio, M. Faraday, predložio je sljedeće tumačenje:
- Kad se okvir postavi u polje magneta, kroz njega počinju prodirati linije, okomite na njegovu ravninu ili usmjerene pod određenim kutom na nju;
- Kada se okreće, mijenja se broj ovih linija ili jakost magnetskog polja (njegov tok), što dovodi do pojave emf na krajevima vodiča;
- Veličina te sile izravno je proporcionalna brzini gibanja vodljivog okvira, a predznak je određen smjerom njegove vrtnje.
Također je moguće promijeniti jakost polja kada okvir miruje, ali da biste dobili isti učinak u ovom slučaju, morat ćete pomaknuti sam magnet blizu njega.
Da bi kvantitativno prikazao otkriveni fenomen i procijenio djelujuću magnetsku silu, znanstvenik je uveo koncept strujanja kroz danu površinu ukupne površine S. Izračunava se na sljedeći način:
Bilješka! Vektor indukcije magnetskog polja uvijek se podudara u smjeru s kazaljkom igle kompasa koja se nalazi između polova.
Za procjenu vrijednosti indukcije “B” uvedena je posebna mjerna jedinica koja se u SI sustavu zove Tesla (po imenu slavnog prirodoslovca). Na temelju svih proračuna danih ranije, indukcija je definirana na sljedeći način:
Usporedite to s gornjom formulom.
Smjer magnetskog polja
Prema pravilu koje je dokazano u praksi (naziva se gimlet pravilo), određivanje smjera djelovanja vektora polja može biti vrlo jednostavno ako se poslužite sljedećim jednostavnim objašnjenjem.
Ako zašrafite zamišljeni prsten u smjeru protoka struje u žici, tada će rotirajući impuls pokazati željeni smjer (ovaj uzorak se ponekad naziva pravilo "desne ruke").
Za ovaj učinak vrijedi i suprotna tvrdnja: okrećete li glet desnom rukom u smjeru magnetskog toka, tada će vektor njegove rotacije pokazati smjer toka elektrona, koji je iniciran ovim poljem .
Drugo tumačenje ovog obrasca odnosi se na određivanje vektora linija sile strujnim induciranim poljem u solenoidu (konvencionalna zavojnica s namotajem namotanim na jezgru). Ovo pravilo, kao i prethodna, može se prikazati na sljedeći način.
Ako se jezgra uhvati desnom rukom tako da su prsti dlana usmjereni prema kretanju toka elektrona, tada će palac pokazati na akcijski vektor polja unutar zavojnice.
Opće odredbe
Osim činjenice da se EMF pojavljuje u zatvorenom okviru ili vodiču kada se mijenja magnetski tok, znanstvenici su otkrili još jedan učinak. Potonje se očituje u činjenici da struja koja teče u okviru (zavojnici) stvara vlastito električno polje, djelujući u smjeru suprotnom od polja koje ga stvara. Ovaj fenomen je prvi otkrio ruski znanstvenik E. H. Lenz (1804-1865), koji je predložio sljedeće tumačenje:
- Pod utjecajem magnetskog polja, u zavojnici žice pojavljuje se takozvana "inducirana" struja;
- Jakost indukcijske struje i njezin smjer određuju se prema gore razmotrenim pravilima;
- Vlastito magnetsko polje stvoreno strujom, čije linije djeluju kroz površinu ocrtanu konturom ili zavojnicom, uvijek sprječava promjenu polja koje ga je stvorilo.
Važno! Pojava dobivena u eksperimentu nazvana je Lenzov zakon, što je izvrsna potvrda principa očuvanja energije.
Jednostavnim riječima, Lenzovo otkriće opisano je na sljedeći način:
- Kada se okvir određene duljine kreće u magnetskom polju s fiksnom indukcijom, na njegovu žicu djeluje EMF, koji razdvaja pokretne električne naboje;
- Kao rezultat, u vodiču okvira nastaje elektromotorna sila indukcijske struje, izračunata prema Maxwellovom zakonu;
- Struja koja teče pod njegovim utjecajem uzrokuje pojavu drugog EMF-a usmjerenog u suprotnom smjeru. Istodobno sprječava promjenu struje koja ju je uzrokovala.
Gore opisana pojava dobila je naziv samoindukcija, koja se najjednostavnije rečeno sastoji od pojave dodatnog polja.
Osnovne veličine i nazivi mjernih jedinica
Magnetski tok induciran u zavojima zavojnice prodire u nju strogo okomito i ima vrijednost proporcionalnu jakosti struje u njoj. Veličina izražena kao omjer toka polja i jakosti struje u krugu koji se proučava obično se naziva njegov induktivitet.
Dogovoreno je da njegova jedinica u klasičnom SI sustavu bude 1 henry. Drugim riječima, 1 H predstavlja induktivitet takvog zavoja ili namota u kojem se, kada se struja promijeni za 1 Amper u 1 sekundi, inducira samoinduktivna emf, čija je vrijednost jednaka jednom voltu.
U godinama koje su uslijedile nakon otkrića M. Maxwella i H. Lenza, znanstvenici su poduzimali brojne pokušaje da objasne cijeli niz otkrivenih fenomena i dobiju jedinstvenu teoriju polja.
Opća teorija elektromagnetskog polja
Osnove
Na temelju rezultata svojih istraživanja, J. Maxwell je formulirao sljedeću temeljnu pretpostavku, koja nam omogućuje da shvatimo što je fenomen elektromagnetske indukcije:
- Promjena parametara magnetskog polja tijekom vremena stvara učinak električnog polja koji odgovara tim promjenama;
- Takva formacija ima strukturu koja se razlikuje od elektrostatskog polja koje stvaraju stacionarni naboji;
- Linije intenziteta električne formacije koju stvara struja (slično istim karakteristikama za sva poznata polja) su zatvorene;
Bilješka! U nizu izvora ovo se polje naziva "vrtlog", što pri proučavanju materijala nije toliko važno za razumijevanje njegove prave suštine.
- Na slobodne električne naboje djeluje poput elektrostatskog polja, a jakost indukcijske struje u njemu ovisi o indikatoru jakosti (E).
Rad sila u vrtložnom polju
Za razliku od svih drugih formacija električnog polja, rad takvog polja kroz cijelu zatvorenu petlju vodiča nije jednak nuli. Ima vrlo specifično pozitivno značenje, zbog čega se obično svrstava u potencijalnu strukturu polja.
Veličina takvog rada u najjednostavnijem slučaju može se prikazati kao rezultat djelovanja EMF-a induciranog u zatvorenoj petlji.
Zaključno, nekoliko riječi o značaju gore razmotrenih otkrića, koja nam omogućuju da shvatimo što je elektromagnetska indukcija. Razmatrani fenomeni i fenomeni imaju široku primjenu u praktičnoj elektrotehnici i omogućuju proizvodnju uređaja korisnih za bilo koju osobu, kao što su elektromotori, generatori i transformatori. Ovaj popis može se nadopuniti velikim brojem naziva jedinica i uređaja koji rade zahvaljujući ranije razmotrenim učincima.
Video
2.7. OTKRIĆE ELEKTROMAGNETSKE INDUKCIJE
Veliki doprinos modernoj elektrotehnici dao je engleski znanstvenik Michael Faraday, čiji su radovi, pak, bili pripremljeni prethodnim radom na proučavanju električnih i magnetskih pojava.
Ima nečeg simboličnog u tome što je u godini rođenja M. Faradaya (1791.) objavljena rasprava Luigija Galvanija s prvim opisom novog fizičkog fenomena - električne struje, au godini njegove smrti (1867.) “ dinamo” je izumljen - samouzbudni istosmjerni generator, tj. pojavio se pouzdan, ekonomičan i jednostavan za korištenje izvor električne energije. Život velikog znanstvenika i njegova jedinstvena djelatnost po svojim metodama, sadržaju i značaju ne samo da su otvorili novo poglavlje u fizici, već su odigrali odlučujuću ulogu u rađanju novih grana tehnike: elektrotehnike i radiotehnike.
Više od stotinu godina mnoge generacije učenika na nastavi fizike i iz brojnih knjiga uče priču o izuzetnom životu jednog od najpoznatijih znanstvenika, člana 68 znanstvenih društava i akademija. Obično se ime M. Faradaya povezuje s najznačajnijim i stoga najpoznatijim otkrićem - fenomenom elektromagnetske indukcije, koji je napravio 1831. Ali godinu dana prije toga, 1830., za istraživanja na području kemije i elektromagnetizma, M. Faraday je izabran za počasnog člana Peterburške akademije znanosti, a za člana Kraljevskog društva u Londonu (Britanske akademije znanosti) izabran je još 1824. Počevši od 1816., kada je objavljen prvi znanstveni rad M. Faradaya, posvećen kemijskoj analizi toskanskog vapna, objavljen je, a do 1831., kada je počeo izlaziti poznati znanstveni dnevnik “Eksperimentalna istraživanja elektriciteta”, M. Faraday objavio je preko 60 znanstvenih radova.
Veliki naporan rad, žeđ za znanjem, urođena inteligencija i zapažanje omogućili su M. Faradayu da postigne izvanredne rezultate u svim onim područjima znanstvenog istraživanja kojima se znanstvenik bavio. Priznati “kralj eksperimentatora” volio je ponavljati: “Umijeće eksperimentatora je znati postavljati pitanja prirodi i razumjeti njezine odgovore.”
Svaka studija M. Faradaya odlikovala se takvom temeljitošću i bila je toliko u skladu s prethodnim rezultatima da među njegovim suvremenicima gotovo da nije bilo kritičara njegova rada.
Izuzmemo li iz razmatranja kemijska istraživanja M. Faradaya, koja su u svom području također činila jednu eru (dovoljno je prisjetiti se pokusa ukapljivanja plinova, otkrića benzena, butilena), onda su svi ostali njegovi radovi, na prvi pogled ponekad razbacani, poput poteza na umjetničkom platnu, uzeti zajedno, tvore nevjerojatnu sliku sveobuhvatne studije dva problema: međupretvorbe različitih oblika energije i fizičkog sadržaja okoliša.
Riža. 2.11. Dijagram "elektromagnetskih rotacija" (na temelju Faradayeva crteža)
1, 2 - zdjele sa živom; 3 - pokretni magnet; 4 - stacionarni magnet; 5, 6 - žice koje idu do baterije galvanskih članaka; 7 - bakrena šipka; 8 - fiksni vodič; 9 - pomični vodič
M. Faradayev rad na području elektriciteta započeo je proučavanjem takozvanih elektromagnetskih rotacija. Iz niza eksperimenata Oersteda, Araga, Amperea, Biota, Savarta, izvedenih 1820., postalo je poznato ne samo o elektromagnetizmu, već i o jedinstvenosti međudjelovanja između struje i magneta: ovdje, kao što je već rečeno, središnje sile djelovale su one koje nisu bile poznate klasičnoj mehanici, a druge su sile nastojale uspostaviti magnetsku iglu okomitu na vodič. M. Faraday postavio je pitanje: nastoji li se magnet kontinuirano kretati oko vodiča kao odvod? Eksperiment je potvrdio hipotezu. Godine 1821. M. Faraday opisao je fizički uređaj, shematski prikazan na Sl. 2.11. U lijevoj posudi sa živom nalazio se trajni šipkasti magnet, zglobno pričvršćen na dnu. Kada je struja uključena, njen gornji dio se okretao oko nepomičnog vodiča. U desnoj posudi magnetska šipka je bila nepomična, a vodič sa strujom, slobodno obješen na nosaču, klizio je duž žive rotirajući oko pola magneta. Budući da je u ovom eksperimentu prvi put prikazan magnetoelektrični uređaj s kontinuiranim gibanjem, sasvim je legitimno započeti povijest električnih strojeva općenito, a posebno elektromotora s ovim uređajem. Obratimo pozornost i na živin kontakt, koji je kasnije pronašao primjenu u elektromehanici.
Očigledno je od tog trenutka M. Faraday počeo razvijati ideje o univerzalnoj "interkonvertibilnosti sila". Postigavši uz pomoć elektromagnetizma kontinuirano mehaničko kretanje, postavlja sebi zadatak preokrenuti pojavu ili, terminologijom M. Faradaya, pretvoriti magnetizam u elektricitet.
Samo apsolutna uvjerenost u valjanost hipoteze o “interkonvertibilnosti” može objasniti odlučnost i ustrajnost, tisuće eksperimenata i 10 godina napornog rada utrošenog na rješavanje formuliranog problema. U kolovozu 1831. godine napravljen je odlučujući pokus, a 24. studenoga na sastanku u Kraljevskom društvu ocrtana je bit fenomena elektromagnetske indukcije.
Riža. 2.12. Ilustracija Aragovog eksperimenta ("rotacijski magnetizam")
1 - vodljivi nemagnetski disk; 2 - staklena baza za montažu osi diska
Kao primjer koji karakterizira tijek razmišljanja znanstvenika i formiranje njegovih ideja o elektromagnetskom polju, razmotrimo studiju M. Faradaya o fenomenu koji je tada nazvan "rotacijski magnetizam". Mnogo godina prije rada M. Faradaya, navigatori su primijetili učinak kočenja bakrenog tijela kompasa na oscilacije magnetske igle. Godine 1824. D.F. Arago (vidi § 2.5) opisao je fenomen "rotacijskog magnetizma", koji ni on ni drugi fizičari nisu mogli na zadovoljavajući način objasniti. Suština fenomena bila je sljedeća (slika 2.12). Potkovičasti magnet mogao se okretati oko okomite osi, a iznad njegovih polova nalazio se aluminijski ili bakreni disk, koji se također mogao okretati oko osi čiji se smjer vrtnje poklapao sa smjerom vrtnje osi magneta. U mirovanju nisu primijećene interakcije između diska i magneta. Ali čim se magnet počeo okretati, disk je pojurio za njim i obrnuto. Kako bi se eliminirala mogućnost da disk bude povučen zračnim strujama, magnet i disk su odvojeni staklom.
Otkriće elektromagnetske indukcije pomoglo je M. Faradayu objasniti fenomen D.F. Arago i na samom početku studije zapisuje: "Nadao sam se da ću napraviti novi izvor električne energije iz iskustva gospodina Araga."
Gotovo istovremeno s M. Faradayem elektromagnetsku indukciju uočio je i izvrsni američki fizičar Joseph Henry (1797.–1878.). Nije teško zamisliti iskustva znanstvenika, budućeg predsjednika američke Nacionalne akademije znanosti, kada je, spremajući se objaviti svoja zapažanja, saznao za objavu M. Faradaya. Godinu dana kasnije D. Henry je otkrio fenomen samoindukcije i ekstrastruje, a također je utvrdio ovisnost induktiviteta kruga o svojstvima materijala i konfiguraciji jezgri zavojnice. Godine 1838. D. Henry je proučavao "struje višeg reda", tj. struje inducirane drugim induciranim strujama. Godine 1842. nastavak ovih studija doveo je D. Henryja do otkrića oscilatorne prirode pražnjenja kondenzatora (kasnije, 1847., ovo otkriće ponovio je izvanredni njemački fizičar Hermann Helmholtz) (1821–1894).
Okrenimo se glavnim eksperimentima M. Faradaya. Prva serija pokusa završila je pokusom koji je demonstrirao fenomen "naponsko-električne" (prema terminologiji M. Faradaya) indukcije (Sl. 2.13, A- G). Uočivši pojavu struje u sekundarnom krugu 2 prilikom zatvaranja ili otvaranja primarne 1 ili tijekom međusobnog kretanja primarnog i sekundarnog kruga (Sl. 2.13, V), M. Faraday postavio je pokus za određivanje svojstava inducirane struje: unutar spirale b, uključena u sekundarni krug, postavljena je čelična igla 7 (Sl. 2.13, b), koji je bio magnetiziran induciranom strujom. Rezultat je pokazao da je inducirana struja slična struji dobivenoj izravno iz galvanske baterije 3.
Riža. 2.13. Sheme glavnih eksperimenata koji su doveli do otkrića elektromagnetske indukcije
Zamjena drvenog ili kartonskog bubnja 4, na kojem su primarni i sekundarni namoti bili namotani čeličnim prstenom (sl. 2.13, d), M. Faraday otkrio je intenzivniji otklon igle galvanometra 5. Ovo iskustvo je ukazalo na značajnu ulogu okoliša u elektromagnetskim procesima. Ovdje M. Faraday prvi koristi uređaj koji se može nazvati prototipom transformatora.
Druga serija eksperimenata ilustrirala je fenomen elektromagnetske indukcije koji se dogodio u nedostatku izvora napona u primarnom krugu. Na temelju činjenice da je zavojnica kojom teče struja identična magnetu, M. Faraday je zamijenio izvor napona s dva trajna magneta (sl. 2.13, d) i promatrao struju u sekundarnom namotu kada se magnetski krug zatvara i otvara. On je ovaj fenomen nazvao "magnetoelektrična indukcija"; Kasnije je primijetio da ne postoji temeljna razlika između "voltaično-električne" i "magnetoelektrične" indukcije. Kasnije su oba ova fenomena ujedinjena pojmom "elektromagnetska indukcija". U konačnim eksperimentima (Sl. 2.13, e, g) demonstrirana je pojava inducirane struje kada se permanentni magnet ili zavojnica kojom teče struja kreću unutar solenoida. Upravo je taj pokus jasnije pokazao mogućnost pretvaranja “magnetizma u električnu energiju” ili točnije mehaničke energije u električnu.
Na temelju novih ideja, M. Faraday je dao objašnjenje fizičke strane eksperimenta s diskom D.F. Arago. Ukratko se tijek njegovog razmišljanja može sažeti na sljedeći način. Aluminijski (ili bilo koji drugi vodljivi ali nemagnetski) disk možemo zamisliti kao kotač s beskonačno velikim brojem žbica – radijalnih vodiča. S relativnim gibanjem magneta i diska, ti žbice-vodiči "režu magnetske krivulje" (Faradayeva terminologija), a u vodičima nastaje inducirana struja. Interakcija struje s magnetom bila je već poznata. U tumačenju M. Faradaya pozornost privlači terminologija i način objašnjenja fenomena. Za određivanje smjera inducirane struje uvodi pravilo noža koji reže silnice. Ovo još nije E.H.-ov zakon. Lenz, koji se odlikuje univerzalnošću karakteristika fenomena, ali samo svaki put kroz detaljne opise pokušava ustanoviti hoće li struja teći od drške do vrha oštrice ili obrnuto. No, ovdje je bitna temeljna slika: M. Faraday, za razliku od pristaša teorije dalekometnog djelovanja, ispunjava prostor u kojem djeluju različite sile materijalnim medijem, eterom, razvijajući eteričnu teoriju L. Eulera, koji , pak, bio je pod utjecajem 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 široku lepezu elektromagnetskih pojava, koristeći ideju ove elastične linije, slične gumenim nitima.
Prošlo je više od stoljeća i pol, a još uvijek nismo pronašli vizualniji način i shemu za objašnjenje pojava povezanih s indukcijom i elektromehaničkim djelovanjem od poznatog koncepta Faradayevih linija, koji nam se do danas čine opipljivima.
S diska D.F. Arago M. Faraday zapravo je napravio novi izvor električne energije. Prisilivši aluminijski ili bakreni disk da se okreće između polova magneta, M. Faraday postavio je četke na os diska i na njegovu periferiju.
Na taj je način konstruiran električni stroj koji je kasnije dobio naziv unipolarni generator.
Pri analizi djela M. Faradaya jasno se pojavljuje opća ideja koju je veliki znanstvenik razvio tijekom svog kreativnog života. Čitajući M. Faradaya teško se osloboditi dojma da se on bavio samo jednim problemom međusobne pretvorbe različitih oblika energije, a da su sva njegova otkrića nastala ležerno i služila su samo za ilustraciju glavne ideje. Istražuje razne vrste elektriciteta (animalni, galvanski, magnetski, termoelektricitet) i, dokazujući njihovu kvalitativnu istovjetnost, otkriva zakon elektrolize. Istodobno, elektroliza je, poput trzanja mišića razrezane žabe, u početku služila samo kao dokaz da se sve vrste elektriciteta manifestiraju u istim radnjama.
Istraživanja statičkog elektriciteta i fenomena elektrostatske indukcije dovela su M. Faradaya do stvaranja ideja o dielektricima, do konačnog raskida s teorijom dugodometnog djelovanja, do izvanrednih istraživanja pražnjenja u plinovima (otkriće Faradayeva tamnog prostora) . Daljnja istraživanja međudjelovanja i međupretvorbe sila dovela su ga do otkrića magnetske rotacije ravnine polarizacije svjetlosti, do otkrića dijamagnetizma i paramagnetizma. Uvjerenje u univerzalnost međusobnih transformacija natjeralo je M. Faradaya da se čak okrene proučavanju veze između magnetizma i elektriciteta, s jedne strane, i gravitacije, s druge strane. Istina, Faradayevi genijalni pokusi nisu dali pozitivan rezultat, ali to nije poljuljalo njegovo povjerenje u postojanje veze između ovih pojava.
Biografi M. Faradaya vole isticati činjenicu da je M. Faraday izbjegavao korištenje matematike, da u stotinama stranica njegovih Eksperimentalnih studija o elektricitetu nema niti jedne matematičke formule. S tim u vezi prikladno je navesti izjavu M. Faradayeva sunarodnjaka, velikog fizičara Jamesa Clarka Maxwella (1831.–1879.): „Počevši proučavati Faradayev rad, ustanovio sam da je njegova metoda razumijevanja pojava također matematička, iako nisu prikazani u obliku običnih matematičkih simbola. Također sam otkrio da se ova metoda može izraziti u običnom matematičkom obliku i tako usporediti s metodama profesionalnih matematičara."
"Matematička priroda" Faradayeva razmišljanja može se ilustrirati njegovim zakonima elektrolize ili, na primjer, formulacijom zakona elektromagnetske indukcije: količina elektriciteta koja se pokreće izravno je proporcionalna broju linija sile koje prijeđu. Dovoljno je posljednju formulaciju zamisliti u obliku matematičkih simbola i odmah dobijemo formulu iz koje vrlo brzo slijedi famozni d?/dt, gdje? - veza magnetskog toka.
D.K. Maxwell, koji je rođen u godini otkrića fenomena elektromagnetske indukcije, vrlo je skromno ocijenio svoje zasluge u znanosti, ističući da je samo razvio i matematički oblikovao ideje M. Faradaya. Maxwellovu teoriju elektromagnetskog polja cijenili su znanstvenici s kraja 19. i početka 20. stoljeća, kada se počela razvijati radiotehnika na temelju ideja Faradaya i Maxwella.
Kako bismo okarakterizirali pronicljivost M. Faradaya, njegovu sposobnost prodiranja u dubine najsloženijih fizičkih pojava, važno je podsjetiti da se davne 1832. godine briljantni znanstvenik usudio sugerirati da su elektromagnetski procesi valne prirode, s magnetske oscilacije i električna indukcija koja se širi konačnom brzinom.
Krajem 1938. u arhivu Kraljevskog društva u Londonu otkriveno je zapečaćeno pismo M. Faradaya od 12. ožujka 1832. Više od 100 godina ležalo je u mraku, a sadržavalo je sljedeće retke:
“Neki rezultati istraživanja... doveli su me do zaključka da je za širenje magnetskog utjecaja potrebno vrijeme, tj. Kada jedan magnet djeluje na drugi udaljeni magnet ili komad željeza, uzrok utjecaja (koji ću si dopustiti nazvati magnetizmom) širi se postupno od magnetskih tijela i zahtijeva određeno vrijeme za njegovo širenje, koje će, očito, biti vrlo beznačajno.
Također vjerujem da električna indukcija putuje na potpuno isti način. Vjerujem da je širenje magnetskih silnica s magnetskog pola slično titrajima uznemirene vodene površine ili zvučnim titrajima čestica zraka, tj. Namjeravam primijeniti teoriju oscilacija na magnetske pojave, kao što je to učinjeno u odnosu na zvuk, i to je najvjerojatnije objašnjenje svjetlosnih pojava.
Po analogiji, vjerujem da je moguće primijeniti teoriju oscilacija na širenje električne indukcije. Želim testirati ove poglede eksperimentalno, ali budući da je moje vrijeme okupirano službenim dužnostima, što bi moglo uzrokovati produljenje eksperimenata... želim, prijenosom ovog pisma na čuvanje Kraljevskom društvu, dodijeliti otkriće sebi određenog datuma...".
Budući da su ove ideje M. Faradaya ostale nepoznate, nema razloga odbiti njegovog velikog sunarodnjaka D.K. Maxwell u otkriću istih tih ideja, kojima je dao strogi fizički i matematički oblik i temeljni značaj.
Iz knjige Čudesna mehanika Autor Gulija Nurbej VladimirovičOtkriće drevnog lončara Jedan od najveličanstvenijih gradova Mezopotamije je drevni Ur. Ogroman je i ima mnogo lica. To je gotovo cijela država. Vrtovi, palače, radionice, složeni hidrotehnički objekti, vjerski objekti.U maloj keramičarskoj radionici, naizgled
Iz knjige Pravila za električne instalacije u pitanjima i odgovorima [Priručnik za učenje i pripremu za provjeru znanja] Autor Krasnik Valentin ViktorovičOsiguranje elektromagnetske kompatibilnosti komunikacijskih i telemehaničkih uređaja Pitanje. Kako se izrađuju komunikacijski i telemehanički uređaji Odgovor. Otporni su na buku u dovoljnoj mjeri da osiguraju njihov pouzdan rad u normalnim i hitnim situacijama.
Iz knjige Tajni automobili sovjetske armije Autor Kočnev Evgenij DmitrijevičObitelj „Otkritie” (KrAZ-6315/6316) (1982. - 1991.) U veljači 1976. izdana je tajna Rezolucija Vijeća ministara i Centralnog komiteta CPSU-a o razvoju u glavnim sovjetskim automobilskim tvornicama obitelji potpuno novih teških vozila vojni kamioni i cestovni vlakovi, izrađeni prema zahtjevima
Iz knjige Šuštanje granate Autor Priščepenko Aleksandar Borisovič5.19. Zašto vole trajne magnete? Kućni uređaj za mjerenje indukcije polja. Još jedan uređaj koji eliminira gnjavažu oko izračuna namota. Velika prednost magneta bila je u tome što vremenski konstantno polje nije trebalo sinkronizirati s eksplozivnim procesima i
Iz knjige Novi izvori energije Autor Frolov Aleksandar VladimirovičPoglavlje 17. Kapilarni fenomeni Posebnu klasu uređaja za pretvorbu toplinske energije medija čine brojni kapilarni strojevi koji rade bez utroška goriva. Postoji jako puno sličnih projekata u povijesti tehnologije. Poteškoća je u tome što je ista
Iz knjige Metal stoljeća Autor Nikolajev Grigorij IljičPoglavlje 1. OTKRIĆE SVEĆENIČKOG HOBI ELEMENTA Sedam antičkih metala, kao i sumpor i ugljik - sve su to elementi s kojima se čovječanstvo upoznalo tijekom mnogih tisućljeća svog postojanja sve do 13. stoljeća naše ere. Prije osam stoljeća počelo je razdoblje alkemije. On
Iz knjige Povijest elektrotehnike Autor Tim autora1.3. OTKRIĆE NOVIH SVOJSTAVA ELEKTRICITETA Jedan od prvih koji je, upoznavši se s knjigom V. Hilberta, odlučio dobiti jače manifestacije električnih sila, bio je poznati izumitelj zračne pumpe i eksperimenta s hemisferama, magdeburški burgomester Otto von Guericke
Iz knjige Povijest vrhunskih otkrića i izuma (elektrotehnika, elektroenergetika, radioelektronika) Autor Shneyberg Jan Abramovič2.4. OTKRIĆE ELEKTRIČNOG LUKA I NJEGOVA PRAKTIČNA UPORABA Najveći interes od svih radova V.V. Petrova predstavlja svoje otkriće 1802. o fenomenu električnog luka između dviju ugljičnih elektroda spojenih na polove izvora velike snage koji je on stvorio.
Iz autorove knjige2.6. OTKRIĆE FENOMENA TERMOELEKTRICITETA I USPOSTAVLJANJE ZAKONITOSTI ELEKTRIČNOG KRUGA Daljnjim proučavanjem fenomena elektriciteta i magnetizma došlo se do otkrića novih činjenica.Profesor Berlinskog sveučilišta Thomas Johann Seebeck (1770.–1831.) 1821. studiranje
Iz autorove knjige3.5. OTKRIĆE ROTIRAJUĆEG MAGNETSKOG POLJA I STVARANJE ASINKRONIH ELEKTRIČNIH MOTORA Početak moderne etape u razvoju elektrotehnike seže u 90-te godine 19. stoljeća, kada je rješenjem složenog energetskog problema nastao prijenos električne energije i
Iz autorove knjige5. POGLAVLJE Otkriće elektromagnetizma i stvaranje raznih električnih strojeva koji su označili početak elektrifikacije Otkriće učinka “električnog sukoba” na magnetsku iglu U lipnju 1820. u Kopenhagenu je objavljena mala brošura na latinskom jeziku
