>> Otvaranje elektromagnetska indukcija

Poglavlje 2. ELEKTROMAGNETSKA INDUKCIJA

Do sada smo razmatrali električna i magnetska polja koja se ne mijenjaju s vremenom. Utvrđeno je da elektrostatičko 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 s vremenom mijenjaju.

Najviše važna činjenica, koji je otkriven, najbliži je odnos između električnog i magnetskog polja. Pokazalo se da se stvara magnetsko polje koje se mijenja u vremenu električno polje, a promjenjivo električno polje je magnetsko. Bez ove veze između polja, raznolikost manifestacija elektromagnetskih sila ne bi bila toliko opsežna kao što se zapravo opaža. Ne bi bilo radio valova ni svjetla.

§ 8 OTKRIĆE ELEKTROMAGNETSKE INDUKCIJE

Godine 1821. M. Faraday je u svom dnevniku zapisao: "Pretvorite magnetizam u elektricitet." Nakon 10 godina ovaj problem je on riješio.

Nije slučajno da je prvi odlučujući korak u otkriće novih svojstava elektromagnetskih interakcija napravio je M. Faraday, utemeljitelj ideja o elektromagnetskom polju, koji je bio uvjeren u jedinstvenu prirodu električnih i magnetske pojave. Zahvaljujući tome, došao je do otkrića koje je postalo temelj za projektiranje generatora svih elektrana na svijetu, pretvarajući mehaničku energiju u energiju električne struje. (Izvori koji rade na drugim principima: galvanske ćelije, baterije, itd., daju beznačajan dio proizvedene električne energije.)

Električna struja, tvrdio je M. Faraday, može magnetizirati komad željeza. Može li magnet zauzvrat uzrokovati električnu struju? Dugo vrijeme ovu vezu nije moguće pronaći. Bilo je teško smisliti glavnu stvar, naime: pokretni magnet, ili magnetsko polje koje se mijenja u vremenu, može uzbuditi struja u zavojnici.

Kakve bi nesreće mogle spriječiti otkriće, pokazuje sljedeća činjenica. Gotovo istovremeno s Faradayem, švicarski fizičar Colladon pokušao je dobiti električnu struju u zavojnici pomoću magneta. U svom radu koristio je galvanometar čija je svjetlosna magnetska igla bila smještena unutar zavojnice uređaja. Kako magnet ne bi imao izravan učinak na strelicu, krajevi zavojnice, gdje je Colladon uveo magnet, nadajući se da će dobiti struju u njemu, izvučeni su u susjedna soba a tu su spojeni na galvanometar. Nakon što je umetnuo magnet u zavojnicu, Colladon je otišao u susjednu sobu i razočarao se uvjerio da galvanometar ne pokazuje struju. Kad bi barem mogao cijelo vrijeme gledati galvanometar i zamoliti nekoga da radi na magnetu, došlo bi do izvanrednog otkrića. Ali to se nije dogodilo. Magnet koji miruje u odnosu na zavojnicu ne uzrokuje struju u njemu.

Sadržaj lekcije sažetak lekcije podrška okvir predavanja prezentacija akceleratorske metode interaktivne tehnologije Praksa zadaci i vježbe samoispitivanje radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća rasprava pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video isječke i multimediju fotografije, slike grafike, tablice, sheme humor, anegdote, vicevi, strip parabole, izreke, križaljke, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za znatiželjne cheat sheets udžbenici osnovni i dodatni glosar pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje pogrešaka u udžbeniku ažuriranje ulomka u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje savršene lekcije kalendarski plan za godinu smjernice raspravni programi Integrirane lekcije

Tema lekcije:

Otkriće elektromagnetske indukcije. magnetski tok.

Cilj: upoznati učenike s fenomenom elektromagnetske indukcije.

Tijekom nastave

I. Organizacijski trenutak

II. Ažuriranje znanja.

1. Frontalna anketa.

• Koja je Amperova hipoteza?
• Što je magnetska permeabilnost?
• Koje se tvari nazivaju para- i dijamagneti?
• Što su feriti?
• Gdje se koriste feriti?
• Kako znate da postoji magnetsko polje oko Zemlje?
• Gdje su sjeverni i južni magnetski pol Zemlje?
• Koji se procesi odvijaju u Zemljinoj magnetosferi?
• Koji je razlog postojanja magnetskog polja u blizini Zemlje?

2. Analiza eksperimenata.

Eksperiment 1

Magnetska igla na postolju dovedena je do donjeg, a zatim do gornjeg kraja stativa. Zašto se strelica okreće na donji kraj stativa s obje strane s južnim polom, a na gornji kraj - sjeverni kraj?(Svi željezni predmeti nalaze se u Zemljinom magnetskom polju. Pod utjecajem tog polja magnetiziraju se, a donji dio objekta detektira sjeverni magnetski pol, a gornji – južni.)

Eksperiment 2

U velikom plutenom čepu napravite mali utor za komad žice. Spustite čep u vodu i stavite žicu na vrh, postavljajući je uzduž paralele. U tom se slučaju žica, zajedno s plutom, okreće i postavlja duž meridijana. Zašto?(Žica je magnetizirana i postavljena je u Zemljino polje poput magnetske igle.)

III. Učenje novog gradiva

Između pokretnih električnih naboja postoje magnetske sile. Magnetske interakcije opisane su na temelju koncepta magnetskog polja koje postoji oko pokretnih električnih naboja. Električna i magnetska polja generiraju isti izvori – električni naboji. Može se pretpostaviti da među njima postoji veza.

1831. M. Faraday je to eksperimentalno potvrdio. Otkrio je fenomen elektromagnetske indukcije (slajdovi 1.2).

Eksperiment 1

Spojimo galvanometar na zavojnicu, a iz njega ćemo iznijeti naprijed trajni magnet. Uočavamo odstupanje igle galvanometra, pojavila se struja (indukcija) (slajd 3).

Struja u vodiču nastaje kada je vodič u području izmjeničnog magnetskog polja (slajd 4-7).

Faraday je predstavljao izmjenično magnetsko polje kao promjenu broja linija sile koje prodiru u površinu ograničenu danom konturom. Ovaj broj ovisi o indukciji NA magnetsko polje, iz područja konture S i njegovu orijentaciju u zadanom polju.

F \u003d BS cos a - magnetski tok.

F [Wb] Weber (slajd 8)

Indukcijska struja može imati različite smjerove, koji ovise o tome da li se magnetski tok koji prodire u krug smanjuje ili povećava. Pravilo za određivanje smjera inducirane struje formulirano je 1833. godine. E. X. Lenz.

Eksperiment 2

Trajni magnet uvlačimo u lagani aluminijski prsten. Prsten se odbija od njega, a kada se produži, privlači ga magnet.

Rezultat ne ovisi o polaritetu magneta. Odbijanje i privlačenje objašnjava se pojavom indukcijske struje u njemu.

Kada se magnet ugura unutra, magnetski tok kroz prsten se povećava: odbijanje prstena u ovom slučaju pokazuje da indukcijska struja u njemu ima takav smjer u kojem je vektor indukcije njegovog magnetskog polja suprotan u smjeru od indukcijskog vektora vanjskog magnetskog polja.

Lenzovo pravilo:

Indukcijska struja uvijek ima takav smjer da njeno magnetsko polje sprječava bilo kakve promjene magnetskog toka, uzrokujući pojavu indukcijska struja(slajd 9).

IV. Izvođenje laboratorijskih radova

Laboratorijski rad na temu "Eksperimentalna provjera Lenzovog pravila"

Uređaji i materijali:miliampermetar, zavojnica-zavojnica, lučni magnet.

Radni proces

1. Pripremite stol.

Novo razdoblje u razvoju fizikalne znanosti započinje genijalnim otkrićem Faradaya elektromagnetska indukcija. Upravo se u tom otkriću jasno očitovala sposobnost znanosti da tehnologiju obogati novim idejama. Već je sam Faraday na temelju svog otkrića predvidio postojanje elektromagnetskih valova. 12. ožujka 1832. zapečatio je omotnicu s natpisom "Novi pogledi, sada se čuvaju u zatvorenoj omotnici u arhivu Kraljevskog društva". Ova omotnica otvorena je 1938. Pokazalo se da je Faraday sasvim jasno razumio da se indukcijske akcije šire konačnom brzinom na valni način. "Smatram da je moguće primijeniti teoriju oscilacija na širenje električne indukcije", napisao je Faraday. Istodobno je istaknuo da “širenje magnetskog efekta zahtijeva vrijeme, odnosno kada magnet djeluje na drugi udaljeni magnet ili komad željeza, utjecajni uzrok (koji ću si dopustiti da nazovem magnetizam) širi se od magnetskih tijela postupno i zahtijeva određeno vrijeme za svoje širenje koje će očito ispasti vrlo malo. Također vjerujem da se električna indukcija širi na potpuno isti način. Vjerujem da je širenje magnetskih sila s magnetskog pola slično njihanje hrapave vodene površine, odn zvučne vibraciječestice zraka.

Faraday je shvatio važnost svoje ideje i, ne mogavši ​​je eksperimentalno ispitati, odlučio je uz pomoć ove omotnice "za sebe osigurati otkriće i tako imati pravo, u slučaju eksperimentalne potvrde, proglasiti ovaj datum datum njegovog otkrića." Dakle, 12. ožujka 1832. čovječanstvo je prvi put došlo do ideje postojanja Elektromagnetski valovi. Od tog datuma počinje povijest otkrića radio.

Ali Faradayjevo otkriće je imalo važnost ne samo u povijesti tehnologije. Imao je ogroman utjecaj na razvoj znanstvenog svjetonazora. Iz ovog otkrića ulazi fizika novi objekt - fizičko polje. Dakle, Faradayevo otkriće spada u one temeljne znanstvenih otkrića koje ostavljaju zamjetan trag u cjelokupnoj povijesti ljudske kulture.

Londonski kovačev sin knjigovezac rođen je u Londonu 22. rujna 1791. Sjajni samouk nije imao priliku ni završiti osnovna škola i sam utro put znanosti. Dok je studirao uvezivanje knjiga, čitao je knjige, posebno o kemiji kemijski pokusi. slušanje javna predavanja slavnog kemičara Davyja, konačno se uvjerio da je njegov poziv znanost, te mu se obratio sa zahtjevom da se zaposli u Kraljevskom institutu. Od 1813. godine, kada je Faraday primljen u institut kao laboratorijski asistent, pa do smrti (25. kolovoza 1867.) živio je u znanosti. Već 1821., kada je Faraday primio elektromagnetsku rotaciju, postavio je za cilj "pretvoriti magnetizam u elektricitet". Deset godina traganja i napornog rada kulminiralo je otkrićem elektromagnetske indukcije 29. kolovoza 1871. godine.

„Dvjesto i tri stope bakrene žice u jednom komadu namotano je na veliki drveni bubanj; još dvije stotine i tri stope iste žice izolirano je u spiralu između zavoja prvog namota, pri čemu je metalni kontakt uklonjen pomoću od kabela. Jedna od tih spirala bila je spojena na galvanometar, a druga s dobro napunjenom baterijom od stotinu pari ploča od četiri inča kvadratnog inča, s dvostrukim bakrenim pločama. Kada je ostvaren kontakt, došlo je do privremeni, ali vrlo blagi učinak na galvanometar, a sličan slab učinak dogodio se i pri otvaranju kontakta s baterijom. Ovako je Faraday opisao svoje prvo iskustvo induciranja struja. On je ovu vrstu indukcije nazvao voltaično-električna indukcija. Dalje opisuje svoje glavno iskustvo sa željeznim prstenom, prototipom modernog transformator.

"Od okrugle šipke od mekog željeza zavaren je prsten; debljina metala bila je sedam osmina inča, a vanjski promjer prstena šest inča. Na jednom dijelu ovog prstena bile su namotane tri spirale, svaka sadržavala oko dvadeset četiri stope bakrene žice, jedne dvadesetine inča debljine. Zavojnice su bile izolirane od željeza i jedna od druge... zauzimaju oko devet inča duž dužine prstena. Mogle su se koristiti pojedinačno iu kombinaciji, ovo grupa je označena A. Na drugi dio prstena namotano je na isti način oko šezdeset stopa bakrene žice u dva dijela, koji su formirali spiralu B, koja ima isti smjer kao spirale A, ali odvojena od njih na svakom kraju za otprilike pola inča golim željezom.

Spojena spirala B bakrene žice s galvanometrom postavljenim na udaljenosti od tri stope od željeza. Zasebne zavojnice bile su spojene s kraja na kraj tako da tvore zajedničku spiralu, čiji su krajevi bili spojeni na bateriju od deset pari ploča od četiri kvadratna inča. Galvanometar je odmah reagirao, i to mnogo jače nego što je uočeno, kao što je gore opisano, koristeći deset puta snažniju spiralu, ali bez željeza; međutim, unatoč održavanju kontakta, akcija je prestala. Kada se otvori kontakt s baterijom, strelica je opet snažno odstupila, ali u suprotnom smjeru od onoga induciranog u prvom slučaju.

Faraday je dalje istraživao učinak željeza izravnim iskustvom, uvodeći željeznu šipku unutar šuplje zavojnice, u ovom slučaju "inducirana struja imala je vrlo jak učinak na galvanometar." “Slična akcija tada je dobivena uz pomoć običnih magneti". Faraday je nazvao ovu akciju magnetoelektrična indukcija, uz pretpostavku da je priroda voltaičke i magnetoelektrične indukcije ista.

Svi opisani eksperimenti čine sadržaj prvog i drugog dijela klasičnog Faradayeva djela. Eksperimentalne studije o elektricitetu", započet 24. studenog 1831. U trećem dijelu ove serije "O novom električnom stanju materije" Faraday po prvi put pokušava opisati nova svojstva tijela koja se očituju u elektromagnetskoj indukciji. To svojstvo naziva otkrio je "elektrotonsko stanje". Ovo je prva klica polja ideja, koju je kasnije formirao Faraday, a po prvi put precizno formulirao Maxwell. Četvrti dio prve serije posvećen je objašnjenju fenomena Aragova. Faraday ispravno klasificira ovaj fenomen kao indukcijski fenomen i pokušava uz pomoć tog fenomena "dobiti novi izvor električne energije". Kada se bakreni disk kreće između polova magneta, on je pomoću kliznih kontakata dobio struju u galvanometru. Ovo je bio prvi Dinamo stroj. Faraday rezultate svojih eksperimenata sažima sljedećim riječima: "Tako se pokazalo da je moguće stvoriti stalnu struju električne energije uz pomoć običnog magneta." Iz svojih eksperimenata s indukcijom u pokretnim vodičima, Faraday je zaključio odnos između pola magneta, pomičnog vodiča i smjera inducirane struje, tj. "zakon koji upravlja proizvodnjom električne energije magnetoelektričnom indukcijom". Kao rezultat svog istraživanja, Faraday je otkrio da se "sposobnost induciranja struja manifestira u krugu oko magnetske rezultante ili osi sile na potpuno isti način na koji magnetizam koji se nalazi oko kruga nastaje oko električne struje i on ga detektira" *.

* (M. Faraday, Eksperimentalna istraživanja elektriciteta, vol. I, ur. AN SSSR, 1947., str. 57.)

Drugim riječima, vrtložno električno polje nastaje oko izmjeničnog magnetskog toka, baš kao što vrtložno magnetsko polje nastaje oko električne struje. Ovu temeljnu činjenicu Maxwell je generalizirao u obliku svoje dvije jednadžbe elektromagnetskog polja.

Proučavanju pojava elektromagnetske indukcije, posebice induktivnog djelovanja Zemljinog magnetskog polja, posvećena je i druga serija "Istraživanja", započeta 12. siječnja 1832. Treća serija, započeta 10. siječnja 1833. Faraday se posvećuje dokazivanju identiteta razne vrste elektricitet: elektrostatički, galvanski, životinjski, magnetoelektrični (odnosno dobiven elektromagnetskom indukcijom). Faraday je došao do zaključka da je struja primljena različiti putevi, kvalitativno isto, razlika u postupcima je samo kvantitativna. Bio je to konačni udarac konceptu raznih "fluida" smole i staklenog elektriciteta, galvanizma, životinjskog elektriciteta. Pokazalo se da je električna energija jedan, ali polarni entitet.

Vrlo je važna peta serija Faradayevih istraživanja, započeta 18. lipnja 1833. Ovdje Faraday započinje svoje studije elektrolize, što ga je dovelo do uspostavljanja poznatih zakona koji nose njegovo ime. Ova istraživanja su nastavljena u sedmoj seriji, koja je započela 9. siječnja 1834. U ovoj posljednjoj seriji, Faraday predlaže novu terminologiju: on predlaže da se polovi koji opskrbljuju strujom elektrolitu nazivaju elektrode, nazovi pozitivnu elektrodu anoda, i negativan katoda,čestice taložene tvari koje idu na anodu koju on naziva anioni, i čestice koje idu na katodu - kationa. Nadalje, on posjeduje uvjete elektrolit za razgradive tvari, ioni i elektrokemijski ekvivalenti. Svi ovi pojmovi čvrsto se drže u znanosti. Faraday izvodi ispravan zaključak iz zakona koje je pronašao da se o nekima može govoriti apsolutna količina elektricitet povezan s atomima obične materije. “Iako ne znamo ništa o tome što je atom”, piše Faraday, “nehotice zamišljamo neku malu česticu koja se pojavljuje u našem umu kada razmišljamo o njoj; međutim, u istom ili još većem neznanju mi ​​smo u odnosu na elektricitet, mi smo čak ni ne možemo reći radi li se o posebnoj materiji ili materijama, ili jednostavno o kretanju obične materije, ili nekoj drugoj vrsti sile ili agensa; ipak, postoji ogroman broj činjenica koje nas navode na pomisao da su atomi materije na neki način obdareni ili povezani s električnim silama, i njima duguju svoje najznačajnije kvalitete, uključujući kemijski afinitet jedni prema drugima.

* (M. Faraday, Eksperimentalna istraživanja elektriciteta, vol. I, ur. AN SSSR, 1947., str. 335.)

Dakle, Faraday je jasno izrazio ideju "elektrifikacije" materije, atomska struktura elektricitet, a atom elektriciteta, ili, kako Faraday kaže, "apsolutna količina električne energije", ispada da je "kako je utvrđeno u svom djelovanju, kao bilo koji od te količine koji ih, ostajući povezani s česticama materije, obavještavaju o svojim kemijski afinitet. Osnovna električno punjenje, kao što je prikazano daljnji razvoj fizike, doista se može odrediti iz Faradayevih zakona.

Deveta serija Faradayevih "Istraga" bila je od velike važnosti. Ova serija, započeta 18. prosinca 1834., bavila se fenomenom samoindukcije, ekstra strujama zatvaranja i otvaranja. Faraday u opisivanju ovih pojava ističe da iako imaju značajke inercija, međutim, fenomen samoindukcije razlikuje se od mehaničke inercije po tome što ovise o oblicima dirigent. Faraday napominje da je "dodatna struja identična s ... induciranom strujom" * . Kao rezultat toga, Faraday je imao ideju o vrlo širokom značenju procesa indukcije. U jedanaestom nizu svojih istraživanja, započetih 30. studenog 1837., on navodi: "Indukcija igra najopćenitiju ulogu u svim električnih pojava, sudjelujući, naizgled, u svakom od njih, a u stvarnosti nosi obilježja prvog i bitnog početka "**. Konkretno, prema Faradeyu, svaki proces punjenja je indukcijski proces, pristranost suprotni naboji: "tvari se ne mogu nabiti apsolutno, već samo relativno, prema zakonu identičnom indukciji. Svaki naboj je podržan indukcijom. Sve pojave napon uključuju početak indukcija" ***. Značenje ovih Faradayevih izjava je da svako električno polje ("fenomen napona" - u Faradayevoj terminologiji) nužno prati proces indukcije u mediju ("pomak" - u Maxwellovom kasnijem Ovaj proces je određen svojstvima medija, njegovom "induktivnošću", u Faradayevoj terminologiji, ili "dielektričnom permitivnošću", u modernoj terminologiji. Faradayjevo iskustvo sa sfernim kondenzatorom odredilo je permitivnost niza tvari u odnosu na Ti su pokusi učvrstili Faradaya u ideji o bitnoj ulozi medija u elektromagnetskim procesima.

* (M. Faraday, Eksperimentalna istraživanja elektriciteta, vol. I, ur. AN SSSR, 1947., str. 445.)

** (M. Faraday, Eksperimentalna istraživanja elektriciteta, vol. I, ur. AN SSSR, 1947., str. 478.)

*** (M. Faraday, Eksperimentalna istraživanja elektriciteta, vol. I, ur. AN SSSR, 1947., str. 487.)

Zakon elektromagnetske indukcije značajno je razvio ruski fizičar Petrogradske akademije Emil Kristianovič Lenz(1804-1865). Lenz je 29. studenog 1833. prijavio Akademiji znanosti svoje istraživanje "O određivanju smjera galvanskih struja pobuđenih elektrodinamičkom indukcijom". Lenz je pokazao da je Faradayeva magnetoelektrična indukcija usko povezana s Amperovim elektromagnetskim silama. „Propozicija kojom se magnetoelektrični fenomen svodi na elektromagnetsku je sljedeća: ako se metalni vodič giba u blizini galvanske struje ili magneta, tada se u njemu pobuđuje galvanska struja u takvom smjeru da kada bi ovaj vodič bio nepomičan, tada bi struja mogla uzrokovati njegovo kretanje u suprotnom smjeru; pretpostavlja se da se vodič koji miruje može kretati samo u smjeru gibanja ili u suprotnom smjeru" * .

* (E. X. Lenz, Izabrana djela, ur. AN SSSR, 1950, str. 148-149.)

Ovaj Lenzov princip otkriva energiju indukcijskih procesa i odigrao je važnu ulogu u Helmholtzovom radu na uspostavljanju zakona održanja energije. Sam Lenz je iz svoje vladavine izveo dobro poznato načelo reverzibilnosti u elektrotehnici elektromagnetnih strojeva: ako zarotirate zavojnicu između polova magneta, on stvara struju; naprotiv, ako mu se pošalje struja, on će se okretati. Električni motor se može pretvoriti u generator i obrnuto. Proučavajući djelovanje magnetoelektričnih strojeva, Lenz 1847. otkriva reakciju armature.

Godine 1842-1843. Lenz je izradio klasičnu studiju "O zakonima stvaranja topline galvanskom strujom" (izvješćeno 2. prosinca 1842., objavljeno 1843.), koju je započeo mnogo prije Jouleovih sličnih eksperimenata (Jouleova poruka pojavila se u listopadu 1841.) i koju je nastavio unatoč publikacije Joule, "budući da bi eksperimenti potonjeg mogli naići na neke opravdane prigovore, kao što je već pokazao naš kolega, gospodin akademik Hess" * . Lenz mjeri jačinu struje uz pomoć tangentnog kompasa, uređaja koji je izumio profesor iz Helsingforsa Johann Nerwander (1805.-1848.), a u prvom dijelu svoje poruke istražuje ovaj uređaj. U drugom dijelu "Oslobađanja topline u žicama", objavljenom 11. kolovoza 1843., dolazi do svog poznatog zakona:

"
1. Zagrijavanje žice galvanskom strujom proporcionalno je otporu žice.
2. Zagrijavanje žice galvanskom strujom proporcionalno je kvadratu struje koja se koristi za grijanje "**.

* (E. X. Lenz, Izabrana djela, ur. AN SSSR, 1950., str. 361.)

** (E. X. Lenz, Izabrana djela, ur. AN SSSR, 1950., str. 441.)

Joule-Lenzov zakon igrao je važnu ulogu u uspostavljanju zakona održanja energije. Cjelokupni razvoj znanosti o električnim i magnetskim pojavama doveo je do ideje o jedinstvu prirodnih sila, do ideje očuvanja tih "sila".

Gotovo istodobno s Faradayem, američki fizičar promatrao je elektromagnetsku indukciju. Joseph Henry(1797-1878). Henry je napravio veliki elektromagnet (1828.) koji je, pokretan galvanskom ćelijom niskog otpora, izdržao opterećenje od 2000 funti. Faraday spominje ovaj elektromagnet i ukazuje da je uz njegovu pomoć moguće dobiti jaku iskru pri otvaranju.

Henry je prvi put (1832.) uočio fenomen samoindukcije, a njegov je prioritet označen imenom jedinice samoindukcije "henry".

Godine 1842. Henry je osnovao oscilatornog karaktera ispuštanje leidenske staklenke. Tanka staklena igla kojom je istraživao ovaj fenomen bila je magnetizirana različitim polaritetima, dok je smjer pražnjenja ostao nepromijenjen. "Praznjenje, bez obzira na njegovu prirodu", zaključuje Henry, "nije predstavljeno (koristeći Franklinovu teoriju. - P. K.) kao jedan prijenos bestežinskog fluida s jedne ploče na drugu; otkriveni fenomen nas tjera da priznamo postojanje glavnog pražnjenja u jednom smjeru, a zatim nekoliko čudnih pokreta unatrag i naprijed, svaki slabiji od prethodnog, koji se nastavlja dok se ne postigne ravnoteža.

Indukcijski fenomeni postaju vodeća tema u fizikalno istraživanje. 1845. njemački fizičar Franz Neumann(1798-1895) dao je matematički izraz zakon indukcije, sažimajući istraživanja Faradaya i Lenza.

Elektromotornu silu indukcije Neumann je izrazio kao vremensku derivaciju neke funkcije koja inducira struju i međusobnu konfiguraciju međudjelujućih struja. Neumann je ovu funkciju nazvao elektrodinamički potencijal. Također je pronašao izraz za koeficijent međusobne indukcije. U svom eseju "O očuvanju sile" iz 1847., Helmholtz izvodi Neumannov izraz za zakon elektromagnetske indukcije iz energetskih razmatranja. U istom eseju Helmholtz tvrdi da pražnjenje kondenzatora "nije ... jednostavno kretanje elektriciteta u jednom smjeru, već ... njegovo strujanje u jednom ili drugom smjeru između dvije ploče u obliku oscilacija koje postaju sve manje i manje, dok konačno sva živa sila ne bude uništena zbrojem otpora.

Godine 1853 William Thomson(1824-1907) dao matematička teorija oscilatorno pražnjenje kondenzatora i utvrdila ovisnost perioda titranja o parametrima oscilatorni krug(Thomsonova formula).

Godine 1858 P. Blaserna(1836-1918) napravio je eksperimentalnu rezonancijsku krivulju električnih oscilacija, proučavajući djelovanje kruga za induciranje pražnjenja koji sadrži kondenzatorsku banku i vodiče za zatvaranje u bočni krug, s promjenjivom duljinom induciranog vodiča. Iste 1858 Wilhelm Feddersen(1832.-1918.) u rotirajućem zrcalu promatrao iskrište iz leydenske posude, a 1862. godine fotografirao je sliku iskrišta u rotirajućem zrcalu. Tako je oscilatorna priroda pražnjenja utvrđena s potpunom jasnoćom. Istodobno je eksperimentalno ispitana Thomsonova formula. Dakle, korak po korak, doktrina o električne fluktuacije,čine znanstveni temelj elektrotehnike izmjeničnih struja i radiotehnike.

Povijest otkrića elektromagnetske indukcije. Otkrića Hansa Christiana Oersteda i Andréa Marie Ampèrea pokazala su da elektricitet ima magnetsku silu. Utjecaj magnetskih pojava na električne fenomene otkrio je Michael Faraday. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () "Pretvorite magnetizam u elektricitet," napisao je u svom dnevniku 1822. godine. Engleski fizičar, utemeljitelj teorije elektromagnetskog polja, strani počasni član Petrogradske akademije znanosti (1830).

Opis pokusa Michaela Faradayja drveni blok rana dva bakrene žice. Jedna od žica bila je spojena na galvanometar, druga na jaku bateriju. Pri zatvaranju strujnog kruga uočeno je iznenadno, ali izrazito slabo djelovanje na galvanometru, a isto djelovanje uočeno je i kada je struja prekinuta. Kontinuiranim prolaskom struje kroz jednu od spirala nije bilo moguće otkriti odstupanja igle galvanometra

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

EMF indukcije EMF indukcije, koji uzrokuje izbijanje struje ("valove električne energije"), ne ovisi o veličini magnetskog toka, već o brzini njegove promjene.

1. Odrediti smjer linija indukcije vanjskog polja B (izlaze iz N i ulaze u S). 2. Odredite povećava li se ili smanjuje magnetski tok kroz strujni krug (ako se magnet gurne u prsten, onda F> 0, ako se izvuče, zatim F 0, ako se izvuče, zatim F 0, ako je se izvlači, zatim F 0, ako se izvlači, zatim F 0 , ako je produžen, onda F
3. Odrediti smjer indukcijskih linija magnetskog polja B stvorenog induktivnom strujom (ako je F>0, tada su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako je F 0, tada su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako je F 0, tada su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako je F 0, tada su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako je F 0, tada su linije B i B usmjerene u suprotnim smjerovima; ako F

Pitanja Formulirajte zakon elektromagnetske indukcije. Tko je osnivač ovog zakona? Što je inducirana struja i kako odrediti njezin smjer? Što određuje veličinu EMF indukcije? Princip rada kojih električnih uređaja temelji se na zakonu elektromagnetske indukcije?

Elektromagnetska indukcija- ovo je pojava koja se sastoji u nastanku električne struje u zatvorenom vodiču kao rezultat promjene magnetskog polja u kojem se nalazi. Taj je fenomen otkrio engleski fizičar M. Faraday 1831. Njegova se bit može objasniti nekoliko jednostavnih eksperimenata.

Opisano u Faradayevim eksperimentima princip primanja naizmjenična struja koristi se u generiranju indukcijskih generatora električna energija u termo ili hidroelektranama. Otpor rotaciji rotora generatora, koji nastaje kada indukcijska struja stupi u interakciju s magnetskim poljem, prevladava se radom parne ili hidrauličke turbine koja rotira rotor. Takvi generatori pretvaraju mehaničku energiju u električnu energiju .

Vrtložne struje ili Foucaultove struje

Ako se masivni vodič stavi u izmjenično magnetsko polje, tada u tom vodiču zbog fenomena elektromagnetske indukcije nastaju vrtložne indukcijske struje tzv. Foucaultove struje.

Vrtložne struje također nastaju kada se masivni vodič kreće u konstantnom, ali nehomogenom magnetskom polju u prostoru. Foucaultove struje imaju takav smjer da sila koja na njih djeluje u magnetskom polju usporava kretanje vodiča. Njihalo u obliku čvrste metalne ploče izrađene od nemagnetskog materijala, koje oscilira između polova elektromagneta, naglo se zaustavlja kada se magnetsko polje uključi.

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

Elektromagnetno polje

Električno polje koje stvaraju stacionarni naboji je statičko i djeluje na naboje. D.C uzrokuje pojavu vremenski konstantnog magnetskog polja koje djeluje na pokretne naboje i struje. Električni i magnetsko polje postoje u ovom slučaju neovisno jedna o drugoj.

Fenomen elektromagnetska indukcija pokazuje međudjelovanje ovih polja, uočeno u tvarima u kojima postoje slobodni naboji, tj. u vodičima. Izmjenično magnetsko polje stvara izmjenično električno polje, koje, djelujući na slobodne naboje, stvara električnu struju. Ova struja, budući da je izmjenična, zauzvrat stvara izmjenično magnetsko polje, koje stvara električno polje u istom vodiču, itd.

Kombinacija izmjeničnih električnih i izmjeničnih magnetskih polja koja generiraju jedno drugo naziva se elektromagnetsko polje . Može postojati i u mediju u kojem nema slobodnih naboja, a širi se u prostoru u obliku elektromagnetski val.

klasična elektrodinamika- jedan od najvišim dostignućima ljudski um. Imala je veliki utjecaj na kasniji razvoj ljudska civilizacija, predviđajući postojanje elektromagnetskih valova. To je kasnije dovelo do stvaranja radija, televizije, telekomunikacijskih sustava, satelitske navigacije, kao i računala, industrijskih i kućnih robota i drugih atributa suvremenog života.

kamen temeljac Maxwellove teorije bila je tvrdnja da samo izmjenično električno polje može poslužiti kao izvor magnetskog polja, samo kao izvor električno polje, stvarajući induktivnu struju u vodiču, je izmjenično magnetsko polje. Prisutnost vodiča u ovom slučaju nije potrebna - električno polje također nastaje u praznom prostoru. Linije izmjeničnog električnog polja, slično kao i linije magnetskog polja, zatvorene su. Električno i magnetsko polje elektromagnetskog vala su jednake.

Elektromagnetska indukcija u dijagramima i tablicama