Na kratko definicija elektromagnetne indukcije. Elektromagnetna indukcija

Leta 1831 je Faraday odkril elektromagnetno indukcijo.

Za prikaz tega pojava vzemimo nepremični magnet in žično tuljavo, katere konci bodo povezani z galvanometrom. Če se tuljava približa enemu od polov magneta, se med premikanjem igla galvanometra odkloni - v tuljavi se vzbuja električni tok. Ko se tuljava premika v nasprotno smer, se smer toka obrne. Enako se zgodi, če zavrtite magnet za 180 stopinj, ne da bi spremenili smer gibanja tuljave.

Vzbujanje električnega toka pri gibanju prevodnika v magnetnem polju je razloženo z delovanjem Lorentzove sile, ki nastane pri gibanju prevodnika.

Razmislimo o primeru, ko sta dve vzporedni žici AB in CD zaprti, na desni pa odprti. Prevodni most BC lahko prosto drsi po žicah. Ko se most premika v desno s hitrostjo v, se z njim premikajo elektroni in pozitivni ioni. Na vsak gibajoči se naboj v magnetnem polju deluje Lorentzova sila . Na pozitivne ione deluje navzdol, na negativne pa navzgor. Posledično se bodo elektroni začeli premikati navzgor po mostu, tj. Skozi njo bo tekel električni tok, usmerjen navzdol. S prerazporeditvijo nabojev bodo ustvarili električno polje, ki bo vzbujalo tokove v drugih delih vezja ABCD.

Lorentzova sila F v poskusu igra vlogo zunanje sile, ki vzbuja električni tok.

02. Elektromotorna sila indukcije(EMF) je skalarna fizikalna količina, ki označuje delo zunanjih sil v virih enosmernega ali izmeničnega toka.

Znak minus je postavljen, ker gre za polje tretje osebe usmerjen proti pozitivnemu obvodu tokokroga.

Vrednost lv je prirastek območja konture ABCD na časovno enoto ali stopnja prirastka tega območja. Zato je enako

Osnovni zakon elektromagnetne indukcije (diferencialna oblika zakona elektromagnetne indukcije)

Ko se sklenjena žica premika v magnetnem polju, se v njej vzbudi elektromotorna sila, ki je sorazmerna s hitrostjo naraščanja magnetnega pretoka, ki prodira v žično vezje.

03. Lenzovo pravilo (Le Chatelierjevo načelo)

Inducirani tok ima vedno tako smer, da oslabi delovanje vzroka, ki ta tok vzbuja.

Vzemimo zaprto tuljavo žice v magnetnem polju, pri čemer pozitivna smer njenega tokokroga tvori desnosučni sistem s smerjo polja. Predpostavimo, da se magnetni pretok F poveča. Nato po formuli
, vrednost bo negativen in inducirani tok v tuljavi bo tekel v negativni smeri. Takšen tok, ki oslabi zunanje magnetno polje, bo preprečil povečanje magnetnega pretoka.

Naj se zdaj magnetni pretok F zmanjša. Nato vrednost bo postal pozitiven, inducirani tok v tuljavi pa bo tekel v pozitivni smeri in bo preprečil zmanjšanje magnetnega polja in magnetnega pretoka.

04. Induktivnost žice.

Oglejmo si tanko sklenjeno žico, po kateri teče enosmerni tok I. Znotraj žice, vzporedno z njeno osjo, narišemo poljubno sklenjeno matematično konturo s in ji nastavimo pozitivno smer. Če v prostoru ni ferimagnetnih teles, bosta velikosti B (magnetno polje toka) in F (magnetni tok) sorazmerni s tokom.

tukaj je jakost toka v Gaussovem sistemu enot in je jakost toka v sistemu SGSM.

Samoinduktivnost ali koeficient lastne induktivnosti žice. Ni odvisna od jakosti toka, določena je le z velikostjo in konfiguracijo same žice.

Pojav elektromagnetne indukcije je leta 1831 odkril Mile Faraday. Celo 10 let prej je Faraday razmišljal o tem, kako bi magnetizem spremenil v elektriko. Verjel je, da morata biti magnetno in električno polje nekako povezana.

Odkritje elektromagnetne indukcije

Na primer, z uporabo električnega polja lahko magnetizirate železen predmet. Verjetno bi bilo mogoče ustvariti električni tok z uporabo magneta.

Najprej je Faraday odkril pojav elektromagnetne indukcije v prevodnikih, ki so drug glede na drugega nepremični. Ko se je v eni pojavil tok, se je induciral tok tudi v drugi tuljavi. Poleg tega je v prihodnosti izginil in se znova pojavil šele, ko je bilo napajanje ene tuljave izklopljeno.

Čez nekaj časa je Faraday s poskusi dokazal, da ko se tuljava brez toka premika v tokokrogu glede na drugo, katere konci so napajani z napetostjo, bo električni tok nastal tudi v prvi tuljavi.

Naslednji poskus je bil vnos magneta v tuljavo, hkrati pa se je v njej pojavil tok. Ti poskusi so prikazani na naslednjih slikah.

Faraday je formuliral glavni razlog za pojav toka v zaprtem krogu. V zaprtem prevodnem vezju nastane tok, ko se spremeni število magnetnih indukcijskih linij, ki prodrejo v to vezje.

Večja kot je ta sprememba, močnejši je inducirani tok. Ni vseeno, kako dosežemo spremembo števila magnetnih indukcijskih linij. To lahko na primer naredimo s premikanjem vezja v neenakomernem magnetnem polju, kot se je zgodilo v poskusu z magnetom ali premikanjem tuljave. In lahko na primer spremenimo jakost toka v tuljavi, ki meji na vezje, in magnetno polje, ki ga ustvari ta tuljava, se bo spremenilo.

Izjava zakona

Naj na kratko povzamemo. Pojav elektromagnetne indukcije je pojav toka v zaprtem tokokrogu, ko se spremeni magnetno polje, v katerem se to vezje nahaja.

Za natančnejšo formulacijo zakona elektromagnetne indukcije je treba uvesti količino, ki bi označevala magnetno polje - tok vektorja magnetne indukcije.

Magnetni tok

Vektor magnetne indukcije je označen s črko B. Karakteriziral bo magnetno polje na kateri koli točki v prostoru. Zdaj razmislite o zaprti konturi, ki omejuje površino s površino S. Postavimo jo v enakomerno magnetno polje.

Med normalnim vektorjem na površino in vektorjem magnetne indukcije bo določen kot a. Magnetni pretok Ф skozi površino območja S se imenuje fizikalna količina, ki je enaka zmnožku velikosti vektorja magnetne indukcije s površino in kosinusom kota med vektorjem magnetne indukcije in normalo na konturo.

Ф = B*S*cos(a).

Produkt B*cos(a) je projekcija vektorja B na normalo n. Zato lahko obliko za magnetni tok prepišemo na naslednji način:

Enota magnetnega pretoka je weber. Označeno z 1 Wb. Magnetni tok 1 Wb ustvari magnetno polje z indukcijo 1 T skozi površino 1 m^2, ki se nahaja pravokotno na vektor magnetne indukcije.

>> Odkritje elektromagnetne indukcije

Poglavje 2. ELEKTROMAGNETNA INDUKCIJA

Do sedaj smo obravnavali električna in magnetna polja, ki se s časom ne spreminjajo. Ugotovljeno je bilo, da elektrostatično polje ustvarjajo mirujoči nabiti delci, magnetno polje pa gibajoči se, to je električni tok. Zdaj pa se seznanimo z električnimi in magnetnimi polji, ki se s časom spreminjajo.

Najpomembnejše dejstvo, ki smo ga odkrili, je tesna povezava med električnim in magnetnim poljem. Izkazalo se je, da časovno spremenljivo magnetno polje generira električno polje, spreminjajoče se električno polje pa generira magnetno polje. Brez te povezave med polji raznolikost manifestacij elektromagnetnih sil ne bi bila tako obsežna, kot je v resnici. Ne bi bilo radijskih valov ali svetlobe.

§ 8 ODKRITJE ELEKTROMAGNETNE INDUKCIJE

Leta 1821 je M. Faraday zapisal v svoj dnevnik: "Pretvorite magnetizem v elektriko." Po 10 letih je ta problem rešil.

Ni naključje, da je prvi, odločilni korak pri odkrivanju novih lastnosti elektromagnetnih interakcij naredil utemeljitelj koncepta elektromagnetnega polja M. Faraday, ki je bil prepričan v enotno naravo električnih in magnetnih pojavov. Zahvaljujoč temu je prišel do odkritja, ki je postalo osnova za načrtovanje generatorjev v vseh elektrarnah na svetu, ki pretvarjajo mehansko energijo v električno. (Viri, ki delujejo na drugih principih: galvanski členi, baterije ipd., dajejo nepomemben delež proizvedene električne energije.)

M. Faraday je razmišljal, da je električni tok sposoben magnetizirati kos železa. Ali ne bi magnet lahko povzročil električnega toka? Dolgo časa te povezave ni bilo mogoče odkriti. Težko je bilo ugotoviti glavno, namreč: premikajoči se magnet ali časovno spremenljivo magnetno polje lahko vzbudi električni tok v tuljavi.

Naslednje dejstvo kaže, kakšne nesreče bi lahko preprečile odkritje. Skoraj sočasno s Faradayem je švicarski fizik Colladon poskušal z magnetom pridobiti električni tok v tuljavi. Pri svojem delu je uporabljal galvanometer, katerega svetlobna magnetna igla je bila nameščena znotraj tuljave naprave. Da bi preprečili, da bi magnet neposredno vplival na iglo, so konce tuljave, v katero je Colladon vstavil magnet v upanju, da bo v njej ustvaril tok, odnesli v sosednjo sobo in jih tam povezali z galvanometrom. Ko je v tuljavo vstavil magnet, je Colladon odšel v sosednjo sobo in razočaran videl, da galvanometer ne kaže nobenega toka. Če bi le moral ves čas opazovati galvanometer in nekoga prositi, naj dela na magnetu, bi prišlo do izjemnega odkritja. Vendar se to ni zgodilo. Magnet, ki miruje glede na tuljavo, v njej ne ustvarja toka.

Vsebina lekcije zapiski lekcije podporni okvir predstavitev lekcije metode pospeševanja interaktivne tehnologije Vadite naloge in vaje samotestiranje delavnice, treningi, primeri, questi domače naloge diskusija vprašanja retorična vprašanja študentov Ilustracije avdio, video posnetki in multimedija fotografije, slike, grafike, tabele, diagrami, humor, anekdote, šale, stripi, prispodobe, izreki, križanke, citati Dodatki izvlečkičlanki triki za radovedneže jaslice učbeniki osnovni in dodatni slovar pojmov drugo Izboljšanje učbenikov in poukapopravljanje napak v učbeniku posodobitev odlomka v učbeniku, elementi inovativnosti pri pouku, nadomeščanje zastarelega znanja z novim Samo za učitelje popolne lekcije koledarski načrt za leto, metodološka priporočila, programi razprav Integrirane lekcije

V začetku 19. stoletja je znanstvenik M. Faraday med izvajanjem poskusov s prevodnimi materiali odkril zanimiv pojav, ki je bil naslednji. Ko smo prevodni okvir postavili v magnetno polje, smo v njem opazili tok, katerega velikost je naraščala z večanjem hitrosti njegovega gibanja. Ta učinek so poimenovali pojav elektromagnetne indukcije, lastno polje, ki ga ustvarja prevodnik, pa inducirano.

Tako je pojav elektromagnetne indukcije opazen vedno, ko se prevodnik, zaprt za obremenitev, premika v zunanjem magnetnem polju. Podoben pojav bi lahko opazili, če bi okvir pustili nepremično in spremenili velikost zunanjega magnetnega polja elektromagnetne indukcije (s približevanjem trajnega magneta k okvirju ali njegovim odmikom).

Utemeljitev pojava

Kot teoretično utemeljitev pojava elektromagnetne indukcije je znanstvenik, ki jo je odkril, M. Faraday, predlagal naslednjo razlago:

Ko je okvir postavljen v polje magneta, začnejo črte prodirati vanj, pravokotno na njegovo ravnino ali usmerjene pod določenim kotom nanjo;
Ko se vrti, se spremeni število teh linij ali jakost magnetnega polja (njegov tok), kar vodi do pojava emf na koncih prevodnika;
Velikost te sile je premosorazmerna s hitrostjo gibanja prevodnega okvirja, predznak pa je določen s smerjo njegovega vrtenja.

Prav tako je možno spremeniti poljsko jakost, ko okvir miruje, vendar je za dosego enakega učinka v tem primeru treba sam magnet premikati okoli njega.

Za kvantitativno predstavitev odkritega pojava in ovrednotenje delujoče magnetne sile je znanstvenik uvedel koncept toka skozi določeno površino s skupno površino S. Izračuna se na naslednji način:

Opomba! Vektor indukcije magnetnega polja vedno sovpada v smeri s kazalcem igle kompasa, ki je nameščen med poloma.

Za oceno vrednosti indukcije "B" je bila uvedena posebna merska enota, ki se v sistemu SI imenuje Tesla (po imenu slavnega naravoslovca). Na podlagi vseh prej navedenih izračunov je indukcija opredeljena na naslednji način:

Primerjajte z zgornjo formulo.

Smer magnetnega polja

V skladu s pravilom, preizkušenim v praksi (imenovanim pravilo gimleta), je lahko določitev smeri delovanja vektorja polja zelo preprosta, če uporabite naslednjo preprosto razlago.

Če privijete namišljeno gleto v smeri toka toka v žici, bo vrtilni impulz pokazal želeno smer (ta vzorec se včasih imenuje pravilo "desne roke").

Za ta učinek velja tudi nasprotna trditev: če z desno roko vrtite gimlet v smeri magnetnega toka, bo vektor njegovega vrtenja pokazal smer toka elektronov, ki ga sproži to polje .

Druga razlaga tega vzorca se nanaša na določitev vektorja silnic tokovno induciranega polja v solenoidu (običajna tuljava z navitjem, navitim na jedro). To pravilo, tako kot prejšnja, lahko predstavimo na naslednji način.

Če jedro primemo z desno roko, tako da so prsti dlani usmerjeni proti gibanju toka elektronov, bo palec kazal na akcijski vektor polja znotraj tuljave.

Splošne določbe

Poleg dejstva, da se EMF pojavi v zaprtem okvirju ali prevodniku, ko se spremeni magnetni tok, so znanstveniki odkrili še en učinek. Slednje se kaže v tem, da tok, ki teče v okvirju (tuljavi), ustvarja lastno električno polje, ki deluje v nasprotni smeri od polja, ki ga ustvarja. Ta pojav je prvi odkril ruski znanstvenik E. H. Lenz (1804-1865), ki je predlagal naslednjo razlago:

Pod vplivom magnetnega polja se v tuljavi žice pojavi tako imenovani "inducirani" tok;
Jakost indukcijskega toka in njegova smer se določita v skladu z zgoraj obravnavanimi pravili;
Lastno magnetno polje, ki ga ustvarja tok, katerega črte delujejo skozi površino, ki jo obrisuje kontura ali tuljava, vedno prepreči spremembo polja, ki ga je ustvarilo.

Pomembno! Pojav, dobljen v poskusu, so poimenovali Lenzov zakon, ki je odlična potrditev načela ohranitve energije.

Z enostavnimi besedami je Lenzovo odkritje opisano takole:

Ko se okvir določene dolžine premika v magnetnem polju s fiksno indukcijo, na njegovo žico vpliva EMF, ki loči premikajoče se električne naboje;
Posledično se v vodniku okvirja oblikuje elektromotorna sila indukcijskega toka, izračunana po Maxwellovem zakonu;
Tok, ki teče pod njegovim vplivom, povzroči pojav drugega EMF, usmerjenega v nasprotno smer. Hkrati preprečuje spremembo toka, ki jo je povzročil.

Zgoraj opisani pojav je dobil ime samoindukcija, ki je najenostavneje sestavljena iz pojava dodatnega polja.

Osnovne količine in imena merskih enot

Magnetni tok, induciran v zavojih tuljave, prodira vanj strogo pravokotno in ima vrednost, ki je sorazmerna jakosti toka v njem. Količina, izražena kot razmerje med fluksom polja in jakostjo toka v proučevanem vezju, se običajno imenuje njegova induktivnost.

Njegova enota v klasičnem sistemu SI je bila dogovorjena kot 1 henry. Z drugimi besedami, 1 H predstavlja induktivnost takega zavoja ali navitja, v katerem se ob spremembi toka za 1 amper v 1 sekundi inducira samoinduktivna emf, katere vrednost je enaka enemu voltu.

V letih po odkritjih M. Maxwella in H. Lenza so znanstveniki velikokrat poskušali razložiti celoten sklop odkritih pojavov in pridobiti enotno teorijo polja.

Splošna teorija elektromagnetnega polja

Osnove

J. Maxwell je na podlagi rezultatov svojih raziskav oblikoval naslednjo temeljno predpostavko, ki nam omogoča razumeti, kaj je pojav elektromagnetne indukcije:

Sprememba parametrov magnetnega polja skozi čas ustvari učinek električnega polja, ki ustreza tem spremembam;
Takšna tvorba ima drugačno strukturo od elektrostatičnega polja, ki ga ustvarjajo stacionarni naboji;
Intenzivnostne črte električne tvorbe, ki jo ustvarja tok (podobne enake značilnosti za vsa znana polja), so zaprte;

Opomba! V številnih virih se to polje imenuje "vortex", ki pri preučevanju materiala ni tako pomembno za razumevanje njegovega pravega bistva.

Na proste električne naboje vpliva kot elektrostatično polje, jakost indukcijskega toka v njem pa je odvisna od indikatorja jakosti (E).

Delo sil v vrtinčnem polju

Za razliko od vseh drugih tvorb električnega polja delo takega polja v celotni zaprti zanki prevodnikov ni nič. Ima zelo specifičen pozitiven pomen, zaradi česar ga običajno uvrščamo med potencialne strukture polja.

Velikost takega dela v najpreprostejšem primeru je mogoče predstaviti kot rezultat delovanja EMF, induciranega v zaprti zanki.

Na koncu nekaj besed o pomenu zgoraj obravnavanih odkritij, ki nam omogočajo razumevanje, kaj je elektromagnetna indukcija. Obravnavani pojavi in pojavi se pogosto uporabljajo v praktični elektrotehniki in omogočajo izdelavo naprav, ki so uporabne za vsakogar, kot so elektromotorji, generatorji in transformatorji. Ta seznam je mogoče dopolniti z velikim številom imen enot in naprav, ki delujejo zaradi prej obravnavanih učinkov.

Video

2.7. ODKRITJE ELEKTROMAGNETNE INDUKCIJE

Velik prispevek k sodobni elektrotehniki je prispeval angleški znanstvenik Michael Faraday, čigar dela so bila pripravljena s prejšnjim delom na področju preučevanja električnih in magnetnih pojavov.

Nekaj simboličnega je v tem, da je v letu rojstva M. Faradaya (1791) izšla razprava Luigija Galvanija s prvim opisom novega fizikalnega pojava - električnega toka, v letu njegove smrti (1867) pa " dinamo« je bil izumljen - generator enosmernega toka s samim vzbujanjem, tj. pojavil se je zanesljiv, varčen in enostaven za uporabo vir električne energije. Življenje velikega znanstvenika in njegova edinstvena dejavnost po svojih metodah, vsebini in pomenu ni le odprla novega poglavja v fiziki, ampak je imela tudi odločilno vlogo pri rojstvu novih vej tehnike: elektrotehnike in radiotehnike.

Več kot sto let so številne generacije učencev pri pouku fizike in iz številnih knjig spoznavale zgodbo o izjemnem življenju enega najbolj znanih znanstvenikov, člana 68 znanstvenih društev in akademij. Običajno je ime M. Faradaya povezano z najpomembnejšim in zato najbolj znanim odkritjem - pojavom elektromagnetne indukcije, ki ga je naredil leta 1831. Toda leto pred tem, leta 1830, za raziskave na področju kemije in elektromagnetizma, M. Faraday je bil izvoljen za častnega člana Peterburške akademije znanosti, za člana Kraljeve družbe v Londonu (Britanska akademija znanosti) pa je bil izvoljen leta 1824. Od leta 1816, ko je bilo prvo znanstveno delo M. Faradaya, posvečeno kemijski analizi toskanskega apna, je bil objavljen in do leta 1831, ko je začel izhajati znameniti znanstveni dnevnik »Eksperimentalne raziskave elektrike«, je M. Faraday objavil več kot 60 znanstvenih člankov.

Veliko trdo delo, želja po znanju, prirojena inteligenca in opazovanje so omogočili M. Faradayu, da je dosegel izjemne rezultate na vseh področjih znanstvenih raziskav, ki jih je znanstvenik obravnaval. Priznani »kralj eksperimentatorjev« je rad ponavljal: »Umetnost eksperimentatorja je, da zna postavljati vprašanja naravi in razumeti njene odgovore.«

Vsako študijo M. Faradaya je odlikovala tako temeljitost in je bila tako skladna s prejšnjimi rezultati, da med njegovimi sodobniki skoraj ni bilo kritikov njegovega dela.

Če izključimo iz obravnave kemijske raziskave M. Faradaya, ki so na svojem področju prav tako sestavljale dobo (dovolj je spomniti se na poskuse utekočinjanja plinov, odkritje benzena, butilena), potem so vsa njegova druga dela na prvi pogled včasih razpršene, kot poteze na slikarjevem platnu, skupaj tvorijo osupljivo sliko celovite študije dveh problemov: medsebojnega pretvorbe različnih oblik energije in fizične vsebine okolja.

riž. 2.11. Diagram "elektromagnetne rotacije" (na podlagi Faradayeve risbe)

1, 2 - sklede z živim srebrom; 3 - premikajoči se magnet; 4 - stacionarni magnet; 5, 6 - žice, ki gredo do baterije galvanskih celic; 7 - bakrena palica; 8 - fiksni vodnik; 9 - premični vodnik

Delo M. Faradayja na področju elektrike se je začelo s preučevanjem tako imenovanih elektromagnetnih vrtenj. Iz serije poskusov Oersteda, Araga, Ampereja, Biota, Savarta, izvedenih leta 1820, ni postalo znano le o elektromagnetizmu, ampak tudi o edinstvenosti interakcij med tokom in magnetom: tukaj, kot smo že omenili, centralne sile ki jih klasična mehanika ni poznala, so delovale druge sile, ki so želele postaviti magnetno iglo pravokotno na vodnik. M. Faraday je zastavil vprašanje: ali magnet teži k neprekinjenemu gibanju okoli prevodnika kot odtoka? Poskus je hipotezo potrdil. Leta 1821 je M. Faraday opisal fizično napravo, ki je shematično predstavljena na sl. 2.11. V levi posodi z živim srebrom je bil trajni palični magnet, pritrjen na tečajih na dnu. Ko je bil tok vklopljen, se je njegov zgornji del vrtel okoli mirujočega vodnika. V desni posodi je bila palica magneta nepremična, vodnik s tokom, ki je bil prosto obešen na nosilcu, je drsel po živem srebru in se vrtel okoli pola magneta. Ker je bil v tem poskusu prvič predstavljen magnetoelektrični aparat z zveznim gibanjem, je povsem legitimno začeti zgodovino električnih strojev nasploh in še posebej elektromotorja s to napravo. Bodimo pozorni tudi na živosrebrni kontakt, ki je kasneje našel uporabo v elektromehaniki.

Očitno je od tega trenutka M. Faraday začel razvijati ideje o univerzalni "medsebojni konvertibilnosti sil". Ko je s pomočjo elektromagnetizma dosegel neprekinjeno mehansko gibanje, si zada nalogo, da pojav obrne ali, v terminologiji M. Faradaya, spremeni magnetizem v elektriko.

Samo absolutno prepričanje o veljavnosti hipoteze o »interkonvertibilnosti« lahko pojasni odločnost in vztrajnost, tisoče poskusov in 10 let trdega dela, vloženega v reševanje formuliranega problema. Avgusta 1831 je bil narejen odločilni poskus in 24. novembra je bilo na sestanku v Kraljevi družbi orisano bistvo pojava elektromagnetne indukcije.

riž. 2.12. Ilustracija Aragovega eksperimenta ("rotacijski magnetizem")

1 - prevodni nemagnetni disk; 2 - steklena podlaga za pritrditev osi diska

Kot primer, ki označuje znanstvenikov tok misli in oblikovanje njegovih idej o elektromagnetnem polju, si oglejmo študijo M. Faradaya o pojavu, ki se je takrat imenoval "rotacijski magnetizem". Mnogo let pred delom M. Faradaya so navigatorji opazili zavorni učinek telesa bakrenega kompasa na nihanje magnetne igle. Leta 1824 je D.F. Arago (glej § 2.5) je opisal pojav "rotacijskega magnetizma", ki ga ne on ne drugi fiziki niso mogli zadovoljivo razložiti. Bistvo pojava je bilo naslednje (slika 2.12). Podkvasti magnet se je lahko vrtel okoli navpične osi, nad njegovima poloma pa je bil aluminijast ali bakren disk, ki se je prav tako lahko vrtel na osi, katere smer vrtenja je sovpadala s smerjo vrtenja osi magneta. V mirovanju med diskom in magnetom niso opazili interakcij. Toda takoj, ko se je magnet začel vrteti, je disk pohitel za njim in obratno. Da bi preprečili možnost, da bi disk potegnili zračni tokovi, sta bila magnet in disk ločena s steklom.

Odkritje elektromagnetne indukcije je M. Faradayu pomagalo razložiti pojav D.F. Arago in na samem začetku študije zapisal: "Upal sem, da bom iz izkušenj g. Araga naredil nov vir električne energije."

Skoraj istočasno z M. Faradayem je elektromagnetno indukcijo opazil izjemni ameriški fizik Joseph Henry (1797–1878). Ni si težko predstavljati izkušenj znanstvenika, bodočega predsednika Ameriške nacionalne akademije znanosti, ko je, ko je želel objaviti svoja opažanja, izvedel za objavo M. Faradaya. Leto kasneje je D. Henry odkril pojav samoindukcije in dodatnega toka ter ugotovil odvisnost induktivnosti vezja od lastnosti materiala in konfiguracije jeder tuljav. Leta 1838 je D. Henry preučeval »tokove višjega reda«, tj. tokov, ki jih povzročajo drugi inducirani tokovi. Leta 1842 je nadaljevanje teh študij pripeljalo D. Henryja do odkritja oscilatorne narave praznjenja kondenzatorja (kasneje leta 1847 je to odkritje ponovil izjemni nemški fizik Hermann Helmholtz) (1821–1894).

Obrnemo se na glavne poskuse M. Faradaya. Prva serija poskusov se je končala s poskusom, ki je pokazal pojav "voltaično-električne" (v terminologiji M. Faradaya) indukcije (slika 2.13, A- G). Po odkritju pojava toka v sekundarnem tokokrogu 2 pri zapiranju ali odpiranju primarne 1 ali med medsebojnim premikanjem primarnega in sekundarnega kroga (slika 2.13, V), M. Faraday je postavil poskus za ugotavljanje lastnosti induciranega toka: znotraj spirale b, vključen v sekundarni krog, je bila nameščena jeklena igla 7 (slika 2.13, b), ki je bil magnetiziran z induciranim tokom. Rezultat je pokazal, da je inducirani tok podoben toku, pridobljenemu neposredno iz galvanske baterije 3.

riž. 2.13. Sheme glavnih poskusov, ki so privedli do odkritja elektromagnetne indukcije

Zamenjava lesenega ali kartonskega bobna 4, na katerem sta bila primarna in sekundarna navitja navita z jeklenim obročem (sl. 2.13, d), je M. Faraday odkril intenzivnejši odklon igle galvanometra 5. Ta izkušnja je pokazala pomembno vlogo okolja v elektromagnetnih procesih. Tu M. Faraday prvič uporabi napravo, ki jo lahko imenujemo prototip transformatorja.

Druga serija poskusov je ponazorila pojav elektromagnetne indukcije, ki se je pojavil v odsotnosti vira napetosti v primarnem krogu. Na podlagi dejstva, da je tuljava, po kateri teče tok, enaka magnetu, je M. Faraday zamenjal vir napetosti z dvema trajnima magnetoma (slika 2.13, d) in opazoval tok v sekundarnem navitju, ko se je magnetno vezje zaprlo in odprlo. Ta pojav je poimenoval "magnetoelektrična indukcija"; Kasneje je ugotovil, da med "voltaično-električno" in "magnetoelektrično" indukcijo ni bistvene razlike. Pozneje sta bila oba pojava združena z izrazom "elektromagnetna indukcija". V končnih poskusih (slika 2.13, e, g) prikazan je bil pojav induciranega toka, ko se trajni magnet ali tokovna tuljava premika znotraj solenoida. Prav ta eksperiment je nazorneje pokazal možnost pretvorbe »magnetizma v elektriko« ali natančneje mehanske energije v električno.

M. Faraday je na podlagi novih zamisli podal razlago fizične strani eksperimenta z diskom D.F. Arago. Potek njegovega sklepanja lahko na kratko povzamemo takole. Aluminijast (ali kateri koli drug prevoden, a nemagneten) disk si lahko predstavljamo kot kolo z neskončno velikim številom naper – radialnih vodnikov. Z relativnim gibanjem magneta in diska ti prevodniki s naperami »režejo magnetne krivulje« (Faradayeva terminologija) in v prevodnikih nastane induciran tok. Interakcija toka z magnetom je bila že znana. V interpretaciji M. Faradaya pritegneta pozornost terminologija in način razlage pojava. Za določitev smeri induciranega toka uvede pravilo noža, ki reže silnice. To še ni zakon E.H. Lenza, za katerega je značilna univerzalnost značilnosti pojava, a poskuša vsakič le s podrobnimi opisi ugotoviti, ali bo tok stekel od ročaja do konice rezila ali obratno. Toda tu je pomembna temeljna slika: M. Faraday v nasprotju s privrženci teorije o delovanju na dolge razdalje zapolnjuje prostor, v katerem delujejo različne sile, z materialnim medijem, etrom, in razvija eterično teorijo L. Eulerja, ki , pa je bil pod vplivom idej M.V. Lomonosov.

M. Faraday je podal magnetno, nato pa v študiji dielektrikov in električnih silnic fizično resničnost, jim podelil lastnost elastičnosti in našel zelo verjetne razlage za najrazličnejše elektromagnetne pojave, pri čemer je uporabil idejo o te elastične črte, podobne gumijastim nitim.

Minilo je že več kot stoletje in pol, pa še vedno nismo našli bolj nazornega načina in sheme za razlago pojavov, povezanih z indukcijo in elektromehanskimi dejanji, kot je slavni koncept Faradayevih linij, ki se nam še danes zdijo oprijemljive.

Z diska D.F. Arago M. Faraday je dejansko naredil nov vir električne energije. Ko je prisilil aluminijasti ali bakreni disk, da se vrti med poloma magneta, je M. Faraday postavil krtače na os diska in na njegovo obrobje.

Tako je nastal električni stroj, ki je kasneje dobil ime unipolarni generator.

Pri analizi del M. Faradaya se jasno pojavi splošna ideja, ki jo je veliki znanstvenik razvil v svojem ustvarjalnem življenju. Ob branju M. Faradaya se je težko znebiti vtisa, da se je ukvarjal le z enim problemom medsebojne pretvorbe različnih oblik energije, vsa njegova odkritja pa so bila narejena mimogrede in so služila le za ponazoritev glavne ideje. Raziskuje različne vrste elektrike (živalsko, galvansko, magnetno, termoelektriko) in ob dokazovanju njihove kvalitativne istovetnosti odkriva zakon elektrolize. Hkrati je elektroliza, tako kot trzanje mišic razrezane žabe, sprva služila le kot dokaz, da se vse vrste elektrike manifestirajo v enakih dejanjih.

Raziskave statične elektrike in pojava elektrostatične indukcije so M. Faradaya pripeljale do oblikovanja idej o dielektrikih, do končnega preloma s teorijo delovanja na dolge razdalje, do izjemnih študij razelektritve v plinih (odkritje Faradayevega temnega prostora) . Nadaljnje raziskovanje interakcije in medsebojne pretvorbe sil ga je pripeljalo do odkritja magnetne rotacije ravnine polarizacije svetlobe, do odkritja diamagnetizma in paramagnetizma. Prepričanje o univerzalnosti medsebojnih transformacij je prisililo M. Faradaya, da se je celo posvetil študiju povezave med magnetizmom in elektriko na eni strani ter gravitacijo na drugi. Resda Faradayevi genialni poskusi niso dali pozitivnega rezultata, vendar to ni omajalo njegovega zaupanja v obstoj povezave med temi pojavi.

Biografi M. Faradaya radi poudarjajo dejstvo, da se je M. Faraday izogibal uporabi matematike, da na več sto straneh njegovih Eksperimentalnih študij elektrike ni niti ene matematične formule. V zvezi s tem je primerno navesti izjavo M. Faradayevega rojaka, velikega fizika Jamesa Clarka Maxwella (1831–1879): »Ko sem začel preučevati Faradayeva dela, sem ugotovil, da je tudi njegova metoda razumevanja pojavov matematična, čeprav niso predstavljeni v obliki navadnih matematičnih simbolov. Ugotovil sem tudi, da je to metodo mogoče izraziti v običajni matematični obliki in jo tako primerjati z metodami profesionalnih matematikov."

»Matematično naravo« Faradayevega razmišljanja lahko ponazorimo z njegovimi zakoni elektrolize ali na primer s formulacijo zakona elektromagnetne indukcije: količina električne energije, ki se začne gibati, je premo sorazmerna s številom prečkanih silnic. Dovolj je, da si zadnjo formulacijo zamislimo v obliki matematičnih simbolov, in takoj dobimo formulo, iz katere zelo hitro sledi slavni d?/dt, kje? - povezava magnetnega pretoka.

D.K. Maxwell, ki je bil rojen v letu odkritja pojava elektromagnetne indukcije, je zelo skromno ocenil svoje storitve znanosti in poudaril, da je le razvil in matematično oblikoval ideje M. Faradaya. Maxwellovo teorijo elektromagnetnega polja so cenili znanstveniki poznega 19. in zgodnjega 20. stoletja, ko se je začela razvijati radijska tehnika, ki temelji na idejah Faradaya in Maxwella.

Da bi označili vpogled M. Faradayja, njegovo sposobnost prodiranja v globine najzapletenejših fizičnih pojavov, je pomembno spomniti, da je leta 1832 briljantni znanstvenik upal predlagati, da so elektromagnetni procesi valovne narave, z magnetna nihanja in električna indukcija, ki se širijo s končno hitrostjo.

Konec leta 1938 so v arhivih Kraljeve družbe v Londonu odkrili zapečateno pismo M. Faradayja z dne 12. marca 1832. Več kot 100 let je ležalo v temi in je vsebovalo naslednje vrstice:

»Nekateri rezultati raziskav ... so me pripeljali do zaključka, da širjenje magnetnega vpliva zahteva čas, tj. Ko en magnet deluje na drug oddaljeni magnet ali kos železa, se vplivni vzrok (ki si ga bom dovolil poimenovati magnetizem) postopoma širi od magnetnih teles in zahteva določen čas za svoje širjenje, ki se bo očitno izkazalo za zelo nepomembno.

Prav tako verjamem, da električna indukcija potuje na povsem enak način. Menim, da je širjenje magnetnih silnic z magnetnega pola podobno tresljajem razburkane vodne gladine ali zvočnim nihanjem delcev zraka, tj. Teorijo oscilacij nameravam uporabiti za magnetne pojave, kot se to počne v zvezi z zvokom, in je najverjetnejša razlaga svetlobnih pojavov.

Po analogiji menim, da je možno uporabiti teorijo oscilacij za širjenje električne indukcije. Te poglede želim preizkusiti eksperimentalno, toda ker je moj čas zaseden s službenimi dolžnostmi, zaradi česar se lahko poskusi podaljšajo ... želim s prenosom tega pisma v hrambo Kraljevski družbi dodeliti odkritje sebi. določen datum...«.

Ker so te zamisli M. Faradaya ostale neznane, ni razloga, da bi zavrnili njegovega velikega rojaka D.K. Maxwell pri odkrivanju teh istih idej, ki jim je dal strogo fizikalno in matematično obliko ter temeljni pomen.

Iz knjige Neverjetna mehanika avtor Gulia Nurbey Vladimirovič

Odkritje starodavnega lončarja Eno najveličastnejših mest Mezopotamije je starodavni Ur. Ogromen je in ima mnogo obrazov. To je skoraj cela država. Vrtovi, palače, delavnice, zapletene hidravlične strukture, sakralne zgradbe. V majhni lončarski delavnici, očitno

Iz knjige Pravila za električne inštalacije v vprašanjih in odgovorih [Priročnik za učenje in pripravo na preizkus znanja] avtor Krasnik Valentin Viktorovič

Zagotavljanje elektromagnetne združljivosti komunikacijskih in telemehanskih naprav Vprašanje. Kako so izdelane komunikacijske in telemehanske naprave? Odgovor. So odporni na hrup v zadostni meri, da zagotovijo njihovo zanesljivo delovanje v normalnih in izrednih razmerah.

Iz knjige Tajni avtomobili sovjetske vojske avtor Kočnev Evgenij Dmitrijevič

Družina "Otkritie" (KrAZ-6315/6316) (1982 - 1991) Februarja 1976 je bila izdana tajna resolucija Sveta ministrov in Centralnega komiteja CPSU o razvoju v glavnih sovjetskih avtomobilskih tovarnah družin popolnoma novih težkih vojaški tovornjaki in cestni vlaki, izdelani v skladu z zahtevami

Iz knjige Šelestenje granate avtor Priščepenko Aleksander Borisovič

5.19. Zakaj obožujejo trajne magnete? Doma narejena naprava za merjenje indukcije polja. Druga naprava, ki odpravlja težave pri izračunu navitja. Velika prednost magnetov je bila, da časovno konstantnega polja ni bilo treba sinhronizirati z eksplozivnimi procesi in

Iz knjige Novi viri energije avtor Frolov Aleksander Vladimirovič

Poglavje 17 Kapilarni pojavi Poseben razred naprav za pretvorbo toplotne energije medija tvorijo številni kapilarni stroji, ki opravljajo delo brez porabe goriva. Podobnih projektov je v zgodovini tehnologije ogromno. Težava je v tem, da je ista

Iz knjige Kovina stoletja avtor Nikolaev Grigorij Iljič

Poglavje 1. ODKRITJE ELEMENTA DUHOVNIKOV HOBI Sedem kovin iz antike, pa tudi žveplo in ogljik – vse to so elementi, s katerimi se je človeštvo seznanilo v mnogih tisočletjih svojega obstoja do 13. stoletja našega štetja. Pred osmimi stoletji se je začelo obdobje alkimije. On

Iz knjige Zgodovina elektrotehnike avtor Ekipa avtorjev

1.3. ODKRITJE NOVIH LASTNOSTI ELEKTRIKE Eden prvih, ki se je po seznanitvi s knjigo V. Hilberta odločil pridobiti močnejše manifestacije električnih sil, je bil slavni izumitelj zračne črpalke in eksperimenta s poloblami, magdeburški meščan Otto von Guericke.

Iz knjige Zgodovina izjemnih odkritij in izumov (elektrotehnika, elektroenergetika, radioelektronika) avtor Shneyberg Jan Abramovič

2.4. ODKRITJE ELEKTRIČNEGA LOKA IN NJEGOVA PRAKTIČNA UPORABA Največji interes vseh del V.V. Petrova predstavi svoje odkritje leta 1802 o pojavu električnega obloka med dvema ogljikovima elektrodama, povezanima s poli vira visoke moči, ki ga je ustvaril.

Iz avtorjeve knjige

2.6. ODKRITJE POJAVOV TERMOELEKTRIKE IN DOLOČITEV ZAKONITOSTI ELEKTRIČNEGA VEZJA Nadaljnje preučevanje pojavov elektrike in magnetizma je vodilo do odkritja novih dejstev.Leta 1821 je profesor berlinske univerze Thomas Johann Seebeck (1770–1831) študij

Iz avtorjeve knjige

3.5. ODKRITJE VRTLJIVEGA MAGNETNEGA POLJA IN STVARANJE ASINHRONIH ELEKTRIČNIH MOTORJEV Začetek moderne stopnje v razvoju elektrotehnike sega v 90. leta 19. stoletja, ko je rešitev zapletenega energetskega problema povzročila prenos električne energije in

Iz avtorjeve knjige

5. POGLAVJE Odkritje elektromagnetizma in ustvarjanje različnih električnih strojev, ki so zaznamovali začetek elektrifikacije Odkritje učinka »električnega konflikta« na magnetno iglo Junija 1820 je v Kopenhagnu izšla majhna brošura v latinščini