Az elektromágnesesség felfedezése Az elektromágneses indukció törvénye

Ma a jelenségről fogunk beszélni elektromágneses indukció. Eláruljuk, miért fedezték fel ezt a jelenséget, és milyen előnyökkel járt.

Selyem

Az emberek mindig is arra törekedtek, hogy jobban éljenek. Valaki azt gondolhatja, hogy ez ok arra, hogy kapzsisággal vádolják az emberiséget. De gyakran beszélünk az alapvető háztartási felszerelések megtalálásáról.

NÁL NÉL középkori Európa Tudták, hogyan kell gyapjú-, pamut- és lenszöveteket készíteni. És abban az időben az emberek túlzott bolháktól és tetvektől szenvedtek. Ugyanakkor a kínai civilizáció már megtanulta a selyem ügyes szövést. A belőle készült ruhák nem engedték be a vérszívókat az emberi bőrre. A rovarok mancsai átcsúsztak a sima szöveten, és a tetvek lehullottak. Ezért az európaiak mindenáron selyembe akartak öltözni. A kereskedők pedig úgy gondolták, hogy ez egy újabb lehetőség a gazdagodásra. Ezért lefektették a Nagy Selyemutat.

Csak így került a vágyott anyag a szenvedő Európába. És olyan sokan vettek részt a folyamatban, hogy városok jöttek létre, birodalmak harcoltak az adókivetés jogáért, és az út egyes szakaszai még mindig kényelmes módja eljutni a megfelelő helyre.

Iránytű és csillag

Hegyek és sivatagok állták útját a selyemű karavánoknak. Előfordult, hogy hetekig, hónapokig változatlan maradt a terület jellege. A sztyeppdűnék ugyanazoknak a domboknak adták át a helyüket, egyik hágó követte a másikat. Az embereknek pedig valahogyan navigálniuk kellett, hogy eljuttassák értékes rakományukat.

A csillagok voltak az elsők. Tudva, hogy melyik nap van és milyen csillagképekre számíthat, egy tapasztalt utazó mindig meg tudja határozni, hol van a dél, hol a kelet, és hová kell mennie. De a kellő mennyiségű tudással rendelkező emberek mindig is hiányoztak. Igen, és akkor nem tudták, hogyan kell pontosan számolni az időt. Naplemente, napkelte – ez minden tereptárgy. Havazás vagy homokvihar, felhős idő pedig még a sarkcsillag megtekintésének lehetőségét is kizárta.

Aztán az emberek (valószínűleg az ősi kínaiak, de a tudósok még mindig vitatkoznak erről) rájöttek, hogy egy ásvány mindig bizonyos módon helyezkedik el a sarkalatos pontokhoz képest. Ezt a tulajdonságot használták az első iránytű létrehozásához. Az elektromágneses indukció jelenségének felfedezése még messze volt, de a kezdet megtörtént.

Az iránytűtől a mágnesig

Maga a "mágnes" név a helynévre nyúlik vissza. Valószínűleg az első iránytűk Magnézia dombjaiban bányászott ércből készültek. Ez a terület Kis-Ázsiában található. A mágnesek pedig fekete köveknek tűntek.

Az első iránytűk nagyon primitívek voltak. Egy tálba vagy más edénybe vizet öntöttek, a tetejére egy vékony úszóanyag korongot helyeztek. És egy mágnesezett tűt helyeztek a lemez közepére. Az egyik vége mindig északra, a másik délre mutatott.

Elképzelni is nehéz, hogy a karaván vizet tartott az iránytűnek, miközben az emberek szomjan haltak. De ne veszítse el az irányt, és engedje, hogy emberek, állatok és áruk eljussanak biztonságos helyen fontosabb volt néhány külön életnél.

Az iránytűk sok utat tettek meg, és különféle természeti jelenségekkel találkoztak. Nem meglepő, hogy az elektromágneses indukció jelenségét Európában fedezték fel, bár a mágneses ércet eredetileg Ázsiában bányászták. Ezzel a bonyolult módon az európai lakosok arra vágytak, hogy kényelmesebben aludjanak jelentős felfedezés fizika.

Mágneses vagy elektromos?

A tizenkilencedik század elején a tudósok rájöttek, hogyan lehet egyenáramot szerezni. Létrejött az első primitív akkumulátor. Elég volt elektronáramot küldeni fémvezetőkön keresztül. Az első áramforrásnak köszönhetően számos felfedezést tettek.

1820-ban Hans Christian Oersted dán tudós rájött, hogy a mágneses tű eltér a hálózatban lévő vezető mellett. Az iránytű pozitív pólusa mindig egy bizonyos módon helyezkedik el az áram irányához képest. A tudós minden lehetséges geometriában kísérleteket végzett: a vezető a nyíl felett vagy alatt volt, párhuzamosan vagy merőlegesen helyezkedtek el. Az eredmény mindig ugyanaz volt: a benne lévő áram mozgásba hozta a mágnest. Így várható volt az elektromágneses indukció jelenségének felfedezése.

De a tudósok elképzelését kísérletekkel kell megerősíteni. Közvetlenül Oersted kísérlete után Michael Faraday angol fizikus feltette a kérdést: „Mágneses és elektromos mező csak befolyásolják egymást, vagy szorosabb kapcsolatban állnak egymással? A tudós volt az első, aki tesztelte azt a feltevést, hogy ha az elektromos tér hatására egy mágnesezett tárgy eltér, akkor a mágnesnek áramot kell generálnia.

A tapasztalati rendszer egyszerű. Most bármelyik diák megismételheti. Vékony fémhuzal rugó formájában volt feltekerve. A végeit egy olyan eszközhöz kötötték, amely rögzítette az áramot. Amikor egy mágnes mozgott a tekercs mellett, a készülék nyila feszültséget mutatott elektromos mező. Így származtatták le az elektromágneses indukció Faraday-törvényét.

A kísérletek folytatása

De ez nem minden, amit a tudós megtett. Mivel a mágneses és az elektromos tér szorosan összefügg, ki kellett deríteni, hogy mennyire.

Ennek érdekében Faraday áramot vezetett az egyik tekercsbe, és egy másik hasonló tekercsbe tolta, amelynek sugara nagyobb, mint az első. Ismét áramot indukált. Így a tudós bebizonyította: a mozgó töltés mind elektromos, mind mágneses mező egyidejűleg.

Érdemes hangsúlyozni, hogy mágnes vagy mágneses tér mozgásáról beszélünk egy rugó zárt áramkörében. Vagyis az áramlásnak folyamatosan változnia kell. Ha ez nem történik meg, akkor nem keletkezik áram.

Képlet

Az elektromágneses indukció Faraday törvényét a képlet fejezi ki

Fejtsük meg a karaktereket.

Az ε az EMF vagy elektromotoros erő rövidítése. Ez a mennyiség skalár (vagyis nem vektor), és azt a munkát mutatja, amelyet bizonyos természeti erők vagy törvények alkalmaznak az áram létrehozására. Meg kell jegyezni, hogy a munkát nem elektromos jelenségekkel kell végezni.

Φ a mágneses fluxus egy zárt áramkörön keresztül. Ez az érték két másik érték szorzata: a B mágneses indukciós vektor modulusa és a zárt hurok területe. Ha a mágneses tér nem szigorúan merőlegesen hat a kontúrra, akkor a B vektor és a felület normálja közötti szög koszinuszát hozzáadjuk a szorzathoz.

A felfedezés következményei

Ezt a törvényt mások követték. A későbbi tudósok megállapították a feszültség függőségét elektromos áram teljesítménytől, ellenállás a vezető anyagától. Új tulajdonságokat tanulmányoztak, hihetetlen ötvözeteket hoztak létre. Végül az emberiség megfejtette az atom szerkezetét, beleásta magát a csillagok születésének és halálának titkába, és megnyitotta az élőlények genomját.

És mindezekhez a teljesítményekhez hatalmas mennyiségű erőforrásra volt szükség, és mindenekelőtt elektromos áramra. Bármilyen termelést vagy nagyszabású tudományos kutatást ott végeztek, ahol három összetevő állt rendelkezésre: képzett személyzet, közvetlenül a munkaanyag és az olcsó áram.

Ez pedig ott volt lehetséges, ahol a természeti erők nagy forgási nyomatékot tudtak adni a rotornak: nagy magasságkülönbségű folyók, völgyek erős szelek, hibák a túlzott geomágneses energiával.

Érdekes módon az áramszerzés modern módja nem különbözik alapvetően Faraday kísérleteitől. A mágneses rotor nagyon gyorsan forog egy nagy huzaltekercs belsejében. A tekercsben lévő mágneses tér folyamatosan változik, és elektromos áram keletkezik.

Természetesen válogatott legjobb anyag a mágnes és a vezetők számára, és az egész folyamat technológiája teljesen más. De a lényeg egy dolog: olyan elvet alkalmaznak, amely a legegyszerűbb rendszeren is nyitott.

Faraday zseniális felfedezésével egy új korszak kezdődik a fizikai tudomány fejlődésében elektromágneses indukció. Ebben a felfedezésben nyilvánult meg egyértelműen a tudomány azon képessége, hogy új ötletekkel gazdagítsa a technológiát. Már Faraday maga is előre látta felfedezése alapján az elektromágneses hullámok létezését. 1832. március 12-én lezárt egy borítékot "Új nézetek, most lezárt borítékban a Royal Society archívumában" felirattal. Ezt a borítékot 1938-ban nyitották fel. Kiderült, hogy Faraday egészen világosan megértette, hogy az indukciós hatások véges sebességgel terjednek hullámszerűen. "Lehetségesnek tartom az oszcilláció elméletének alkalmazását az elektromos indukció terjedésére" - írta Faraday. Ugyanakkor rámutatott, hogy „a mágneses hatás terjedése időbe telik, vagyis amikor egy mágnes egy másik távoli mágnesre vagy egy vasdarabra hat, akkor a befolyásoló ok (amit megengedek magamnak mágnesességnek nevezni) elterjed. a mágneses testekből fokozatosan és egy bizonyos idő szükséges a terjedéséhez ami nyilván nagyon kicsinek bizonyul.Azt is gondolom,hogy az elektromos indukció pontosan ugyanígy terjed.Úgy gondolom,hogy a mágneses erők terjedése mágneses pólusról hasonló a durva vízfelület oszcillációja, ill hang rezgések levegő részecskék.

Faraday megértette ötletének fontosságát, és mivel kísérletileg nem tudta tesztelni, e boríték segítségével úgy döntött, hogy "maga biztosítja a felfedezést, és így kísérleti megerősítés esetén joga van ezt a dátumot deklarálni. felfedezésének dátuma." Tehát 1832. március 12-én jutott az emberiség először a létezés gondolatához. elektromágneses hullámok. Ettől a dátumtól kezdődik a felfedezés története rádió.

Faraday felfedezése azonban igen fontosságát nemcsak a technika történetében. Óriási hatással volt a tudományos világkép alakulására. Ebből a felfedezésből lép be a fizika új objektum - fizikai mező.Így Faraday felfedezése azokhoz az alapvetőekhez tartozik tudományos felfedezések amelyek észrevehető nyomot hagynak az emberi kultúra egész történetében.

Londoni kovács fia könyvkötő 1791. szeptember 22-én született Londonban. A briliáns autodidakta még arra sem volt lehetősége, hogy befejezze Általános Iskolaés maga egyengette az utat a tudomány előtt. A könyvkötészet tanulmányozása közben könyveket olvasott, főleg kémiáról, ő maga is végzett kémiai kísérleteket. hallgat nyilvános előadások a híres vegyész, Davy, végül meggyőződött arról, hogy hivatása a tudomány, és hozzá fordult azzal a kéréssel, hogy vegyék fel a Királyi Intézetbe. 1813-tól, amikor Faradayt felvették az intézetbe laboránsnak, és haláláig (1867. augusztus 25.) a tudományban élt. Már 1821-ben, amikor Faraday megkapta az elektromágneses forgatást, célul tűzte ki "a mágnesesség elektromossággá alakítását". Tíz évnyi kutatás és kemény munka tetőzött 1871. augusztus 29-én az elektromágneses indukció felfedezésével.

"Kétszázhárom láb rézhuzalt egy darabban egy nagy fadobra tekercseltek; további kétszázhárom láb ugyanazt a vezetéket spirálisan szigetelték el az első tekercs menetei között, és a fém érintkezőt eltávolították. Az egyik spirál egy galvanométerhez volt csatlakoztatva, a másik pedig egy jól feltöltött, száz pár négy hüvelykes lemezből álló akkumulátorral, dupla rézlemezekkel. Az érintkezés létrejöttekor átmeneti, de nagyon csekély hatás a galvanométerre, és hasonló gyenge hatás jelentkezett az akkumulátorral való érintkezés felnyitásakor. Faraday így írta le első tapasztalatát az áramok indukálásával kapcsolatban. Ezt a fajta indukciót voltaikus-elektromos indukciónak nevezte. A továbbiakban ismerteti fő tapasztalatait a vasgyűrűvel, a modern prototípusával transzformátor.

"Egy gyűrűt hegesztettek egy kerek puhavas rúdból; a fém vastagsága hétnyolcad hüvelyk volt, a gyűrű külső átmérője pedig hat hüvelyk. Ennek a gyűrűnek az egyik részére három spirál volt feltekerve, amelyek mindegyike tartalmazott körülbelül huszonnégy láb rézhuzal, egy huszad hüvelyk vastag. A tekercsek szigetelve voltak a vastól és egymástól... körülbelül kilenc hüvelyknyit foglalnak el a gyűrű hosszában Egyenként és kombinálva is használhatók A gyűrű másik felére hasonló módon körülbelül hatvan lábnyi rézhuzalt tekercseltek két darabra, amelyek egy B spirált alkottak, amelyek az A spirálokkal azonos irányúak, de mindkét végén elváltak tőlük. körülbelül fél hüvelykig csupasz vassal.

A B spirált rézhuzalokkal a vastól három lábnyi távolságra elhelyezett galvanométerhez kötötték. Külön tekercseket kötöttek egymáshoz úgy, hogy egy közös spirált képezzenek, amelyek végeit egy tíz pár négyzethüvelykes lemezből álló akkumulátorhoz csatlakoztatták. A galvanométer azonnal reagált, és sokkal erősebben, mint ahogy fentebb leírtuk, tízszer erősebb spirált használva, de vas nélkül; a kapcsolattartás ellenére azonban az akció abbamaradt. Az akkumulátorral való érintkezés felnyitásakor a nyíl ismét erősen eltért, de az első esetben indukálttal ellentétes irányba.

Faraday tovább vizsgálta a vas hatását közvetlen tapasztalattal, egy üreges tekercs belsejében vasrudat helyezett el, ebben az esetben "az indukált áram nagyon erős hatással volt a galvanométerre". "Akkor egy hasonló akciót sikerült elérni a közönséges segítségével mágnesek Faraday nevezte ezt az akciót magnetoelektromos indukció, feltételezve, hogy a voltikus és a magnetoelektromos indukció természete azonos.

Az összes leírt kísérlet Faraday klasszikus, „Kísérleti kutatás az elektromosságról” című művének első és második részét tartalmazza, amely 1831. november 24-én kezdődött. A sorozat harmadik részében „Az anyag új elektromos állapotáról” Faraday először próbálja leírni a testek elektromágneses indukcióban megnyilvánuló új tulajdonságait. Ezt a felfedezett tulajdonságot "elektronikus állapotnak" nevezi. Ez az első csírája a mező gondolatának, amelyet később Faraday alakított ki, és először pontosan Maxwell fogalmazott meg. Az első sorozat negyedik részét az Arago jelenség magyarázatának szenteljük. Faraday helyesen minősíti ezt a jelenséget az indukciónak, és e jelenség segítségével próbál "új áramforrást szerezni". Amikor a rézkorong a mágnes pólusai között mozgott, csúszóérintkezőkkel áramot kapott a galvanométerben. Ez volt az első Dinamo gép. Faraday a következő szavakkal foglalja össze kísérleteinek eredményeit: "Így bebizonyosodott, hogy lehetséges egy közönséges mágnes segítségével állandó elektromos áramot létrehozni." A mozgó vezetők indukciójával kapcsolatos kísérleteiből Faraday levezette a mágnes pólusa, a mozgó vezető és az indukált áram iránya közötti kapcsolatot, vagyis "a mágneselektromos indukcióval történő elektromosság előállítását szabályozó törvényt". Kutatásai eredményeként Faraday megállapította, hogy "az áramok előidézésének képessége a mágneses eredő vagy erőtengely körüli körben nyilvánul meg pontosan ugyanúgy, ahogy a kör körül elhelyezkedő mágnesesség az elektromos áram körül keletkezik, és az érzékeli". *.

* (M. Faraday, Kísérleti kutatás az elektromosságról, I. kötet, szerk. AN SSSR, 1947, 57. o.)

Más szóval, a változó körül mágneses fluxusörvény elektromos tér keletkezik, mint ahogy egy örvény mágneses tér keletkezik az elektromos áram körül. Ezt az alapvető tényt Maxwell általánosította két egyenlete formájában elektromágneses mező.

Az elektromágneses indukció jelenségeinek, különösen a Föld mágneses mezejének induktív hatásának tanulmányozása szintén az 1832. január 12-én megkezdett „Vizsgálatok” második sorozatának szentelődik. Faraday a különböző típusú elektromosság azonosságának bizonyítását szenteli: elektrosztatikus, galván, állati, magnetoelektromos (azaz elektromágneses indukcióval nyert). Faraday arra a következtetésre jutott, hogy az áramot megkapta különböző utak, minőségileg ugyanaz, a cselekvések különbsége csak mennyiségi. Ez volt az utolsó csapás a gyanta és üveg elektromosság, galvanizmus, állati elektromosság különféle "folyadékai" fogalmára. Kiderült, hogy az elektromosság egyetlen, de poláris entitás.

Nagyon fontos az 1833. június 18-án indult Faraday nyomozásainak ötödik sorozata, ahol Faraday megkezdi elektrolízis-tanulmányait, amelyek elvezették a nevét viselő híres törvények megalkotásához. Ezeket a vizsgálatokat a hetedik sorozatban folytatták, amely 1834. január 9-én kezdődött. Ebben az utolsó sorozatban Faraday új terminológiát javasol: azt javasolja, hogy nevezzék el azokat a pólusokat, amelyek árammal látják el az elektrolitot. elektródák, hívja a pozitív elektródát anód,és a negatív katód, a lerakódott anyag részecskéi az általa hívott anódhoz mennek anionok,és a részecskék a katódra mennek - kationok. Ezenkívül ő birtokolja a feltételeket elektrolit lebomló anyagokra, ionokés elektrokémiai ekvivalensek. Mindezek a kifejezések szilárdan érvényesülnek a tudományban. Faraday levonja a helyes következtetést azokból a törvényekből, amelyeket talált, és lehet néhányról beszélni abszolút mennyiség a közönséges anyag atomjaihoz kapcsolódó elektromosság. „Bár semmit sem tudunk arról, hogy mi az atom – írja Faraday –, önkéntelenül is elképzelünk valami kis részecskét, ami feltűnik az elménkben, ha rágondolunk, de ugyanabban, vagy még nagyobb tudatlanságban az elektromossághoz viszonyítva vagyunk, még azt sem tudjuk megmondani, hogy különleges anyagról vagy anyagokról van szó, vagy egyszerűen a közönséges anyag mozgásáról, vagy másfajta erőről vagy ágensről; ennek ellenére rengeteg olyan tény van, amely arra késztet bennünket, hogy az anyag atomjai valahogy elektromos erőkkel vannak felruházva, vagy azokhoz kapcsolódnak, és nekik köszönhetik legfigyelemreméltóbb tulajdonságaikat, beleértve az egymáshoz való kémiai affinitásukat.

* (M. Faraday, Kísérleti kutatás az elektromosságról, I. kötet, szerk. AN SSSR, 1947, 335. o.)

Így Faraday egyértelműen kifejezte az anyag "villamosításának" gondolatát, atomszerkezet az elektromosság, és az elektromosság atomja, vagy ahogy Faraday mondja, "az elektromosság abszolút mennyisége" „amint azt cselekvésében meghatározta, mint bármelyik azokat a mennyiségeket amelyek az anyag részecskéivel kapcsolatban maradva tájékoztatják őket azokról kémiai affinitás. Alapvető elektromos töltés, amint azt a fizika továbbfejlődése is megmutatta, Faraday törvényeiből valóban meghatározható.

Faraday „Nyomozásainak” kilencedik sorozata nagy jelentőséggel bírt. Az 1834. december 18-án indult sorozat az önindukció jelenségeivel, a zárás és nyitás extra áramaival foglalkozott. Faraday e jelenségek leírásakor rámutat arra, hogy bár vannak jellemzőik tehetetlenség, az önindukció jelenségét azonban az különbözteti meg a mechanikai tehetetlenségtől, hogy attól függnek formák karmester. Faraday megjegyzi, hogy "az extra áram megegyezik a ... indukált árammal" * . Ennek eredményeként Faradaynak fogalma volt az indukciós folyamat nagyon tág jelentéséről. Vizsgálatainak 1837. november 30-án megkezdett tizenegyedik sorozatában kijelenti: „Az indukció játssza a legáltalánosabb szerepet mindenben. elektromos jelenségek, látszólag mindegyikben részt vesz, és a valóságban az első és lényegi kezdet jegyeit viseli "**. Különösen Faraday szerint minden töltési folyamat indukciós folyamat, Elfogultság ellentétes töltések: "az anyagok nem tölthetők fel abszolút, hanem csak viszonylagosan, az indukcióval azonos törvény szerint. Minden töltést indukció támogat. Minden jelenség feszültség tartalmazzák az indukciók kezdetét" ***. Faraday ezen kijelentéseinek az a jelentése, hogy minden elektromos tér ("feszültségjelenség" - Faraday terminológiájával) szükségszerűen együtt jár a közegben zajló indukciós folyamattal ("elmozdulás" - Maxwell későbbi szövegében). Ezt a folyamatot a közeg tulajdonságai, Faraday terminológiájában „induktivitása” vagy a modern terminológiában „permittivitása” határozzák meg. Faraday gömbkondenzátorral kapcsolatos tapasztalatai számos anyagnak a levegőhöz viszonyított permittivitását határozták meg. A kísérletek megerősítették Faradayt abban a gondolatban, hogy a közeg alapvető szerepet játszik az elektromágneses folyamatokban.

* (M. Faraday, Kísérleti kutatás az elektromosságról, I. kötet, szerk. AN SSSR, 1947, 445. o.)

** (M. Faraday, Kísérleti kutatás az elektromosságról, I. kötet, szerk. AN SSSR, 1947, 478. o.)

*** (M. Faraday, Kísérleti kutatás az elektromosságról, I. kötet, szerk. AN SSSR, 1947, 487. o.)

Az elektromágneses indukció törvényét a Szentpétervári Akadémia orosz fizikusa fejlesztette ki jelentősen Emil Krisztianovics Lenz(1804-1865). 1833. november 29-én Lenz beszámolt a Tudományos Akadémiának "Az elektrodinamikus indukcióval gerjesztett galvánáramok irányának meghatározásáról" szóló kutatásáról. Lenz kimutatta, hogy Faraday magnetoelektromos indukciója szorosan összefügg Ampère elektromágneses erőivel. "Az a tétel, amellyel a magnetoelektromos jelenséget elektromágnesessé redukálják, a következő: ha egy fémvezető galvánáram vagy mágnes közelében mozog, akkor abban olyan irányú galvánáram gerjesztődik, hogy ha ez a vezető álló helyzetben lenne, akkor az áram ellentétes irányú mozgást okozhat; feltételezzük, hogy a nyugalomban lévő vezető csak a mozgás irányába vagy az ellenkező irányba tud mozogni" * .

* (E. X. Lenz, Válogatott művek, szerk. AN SSSR, 1950, 148-149.)

Ez a Lenz-elv feltárja az indukciós folyamatok energiáját, és fontos szerepet játszott Helmholtznak az energiamegmaradás törvényének megállapítására irányuló munkájában. Lenz maga vezette le uralmából az elektrotechnikában jól ismert reverzibilitás elvét elektromágneses gépek: ha a tekercset a mágnes pólusai között forgatod, akkor áramot generál; ellenkezőleg, ha áramot küldenek rá, akkor forogni fog. Az elektromos motor generátorrá alakítható és fordítva. A magnetoelektromos gépek működését tanulmányozva Lenz 1847-ben felfedezi az armatúra reakciót.

1842-1843-ban. Lenz klasszikus tanulmányt készített "A galvánáram hőtermelésének törvényeiről" (1842. december 2-án jelent meg, 1843-ban jelent meg), amelyet jóval Joule hasonló kísérletei előtt kezdett (Joule üzenete 1841 októberében jelent meg), és annak ellenére folytatta. a Joule című kiadványt, "mivel az utóbbi kísérletei indokolt kifogásokkal találkozhatnak, amint azt kollégánk, Hess akadémikus úr már bemutatta" * . Lenz egy érintőiránytűvel méri az áramerősséget – a helsingforti professzor, Johann Nerwander (1805-1848) által feltalált eszközt, és üzenetének első részében ezt az eszközt tanulmányozza. Az 1843. augusztus 11-én közölt "Hőleadás a vezetékekben" második részében eljut híres törvényéhez:

A huzal galvanikus árammal történő melegítése arányos a huzal ellenállásával.
A huzal galvanikus árammal történő melegítése arányos a fűtéshez használt áram négyzetével "**.

* (E. X. Lenz, Válogatott művek, szerk. AN SSSR, 1950, 361. o.)

** (E. X. Lenz, Válogatott művek, szerk. AN SSSR, 1950, 441. o.)

A Joule-Lenz törvény fontos szerepet játszott az energiamegmaradás törvényének megállapításában. Az elektromos és mágneses jelenségek tudományának teljes fejlődése a természeti erők egységének gondolatához, ezen "erők" megőrzésének gondolatához vezetett.

Egy amerikai fizikus Faradayval csaknem egyidőben elektromágneses indukciót figyelt meg. Joseph Henry(1797-1878). Henry készített egy nagy elektromágnest (1828), amely kis ellenállású galvanikus cellával hajtott 2000 font terhelést. Faraday megemlíti ezt az elektromágnest, és jelzi, hogy segítségével felnyitáskor erős szikra keletkezhet.

Henry először (1832) figyelte meg az önindukció jelenségét, és prioritását az önindukciós egység „henry” elnevezése jelöli.

1842-ben Henry megalapította oszcilláló jelleg egy leideni korsó ürítése. A vékony üvegtűt, amellyel ezt a jelenséget vizsgálta, különböző polaritással mágnesezték, miközben a kisülés iránya változatlan maradt. „A kisülés, bármilyen természetű is legyen” – fejezi be Henry, „nem úgy ábrázolják (Franklin elméletét használva. - P. K.), mint egy súlytalan folyadék egyetlen átvitelét egyik lemezről a másikra; a felfedezett jelenség a fő kisülés létezésének elismerésére késztet. egy irányba, majd néhány furcsa hátra és előre mozgás, mindegyik gyengébb, mint az előző, és mindaddig folytatódik, amíg el nem éri az egyensúlyt.

Az indukciós jelenségek a vezető témává válnak fizikai kutatás. 1845-ben német fizikus Franz Neumann(1798-1895) matematikai kifejezést adott indukció törvénye, összefoglalva Faraday és Lenz kutatásait.

Az indukció elektromotoros erejét Neumann az áramot indukáló függvény időbeli deriváltjaként és a kölcsönható áramok kölcsönös konfigurációjaként fejezte ki. Neumann ezt a függvényt nevezte el elektrodinamikai potenciál. Talált kifejezést a kölcsönös indukciós együtthatóra is. Helmholtz 1847-ben "Az erő megmaradásáról" című esszéjében az elektromágneses indukció törvényének Neumann-kifejezését energetikai megfontolásokból vezeti le. Ugyanebben az esszében Helmholtz azt állítja, hogy a kondenzátor kisülése "nem ... az elektromosság egyszerű mozgása egy irányba, hanem ... az egyik vagy a másik irányba történő áramlása két lemez között rezgések formájában, amelyek egyre kisebb és kevesebb, míg végül minden élő erőt elpusztít az ellenállások összege.

1853-ban William Thomson(1824-1907) adta matematikai elmélet kondenzátor oszcillációs kisülését, és megállapította az oszcillációs periódus függését az oszcillációs áramkör paramétereitől (Thomson-képlet).

1858-ban P. Blaserna(1836-1918) felvette az elektromos rezgések kísérleti rezonanciagörbéjét, egy kondenzátortelepet tartalmazó kisülést indukáló áramkör működését tanulmányozva, amely a vezetőket egy oldaláramkörhöz zárja, változó indukált vezetőhosszúsággal. Ugyanebben az 1858-ban Wilhelm Feddersen(1832-1918) egy leydeni korsó szikrakisülését figyelte meg egy forgó tükörben, 1862-ben pedig egy forgó tükörben fényképezte le a szikrakisülés képét. Így a kisülés oszcilláló jellege teljes egyértelműséggel megállapítható. Ezzel egy időben a Thomson-képletet kísérletileg igazolták. Így lépésről lépésre a tan elektromos ingadozások, a váltakozó áramú elektrotechnika és a rádiótechnika tudományos alapját képezi.

Elektromágneses indukció- ez egy olyan jelenség, amely abban áll, hogy egy zárt vezetőben elektromos áram keletkezik annak a mágneses mezőnek a változása következtében, amelyben az található. Ezt a jelenséget M. Faraday angol fizikus fedezte fel 1831-ben. Lényege több egyszerű kísérlettel magyarázható.

Faraday kísérleteiben leírták befogadó elve váltakozó áram hő- vagy vízerőművekben elektromos energiát előállító indukciós generátorokban használják. A generátor forgórészének forgással szembeni ellenállása, amely akkor lép fel, amikor az indukciós áram kölcsönhatásba lép a mágneses mezővel, a rotort forgató gőz vagy hidraulikus turbina működése miatt legyőzhető. Ilyen generátorok mechanikai energiát elektromos energiává alakítani .

Örvényáramok vagy Foucault-áramok

Ha egy masszív vezetőt váltakozó mágneses térbe helyezünk, akkor ebben a vezetőben az elektromágneses indukció jelensége miatt örvényes indukciós áramok keletkeznek, ún. Foucault-áramok.

Légörvény akkor is felmerülnek, amikor egy hatalmas vezető állandó, de inhomogén mágneses térben mozog a térben. A Foucault-áramok olyan irányúak, hogy a mágneses térben rájuk ható erő lelassítja a vezető mozgását. A nem mágneses anyagból készült tömör fémlemez formájú inga, amely az elektromágnes pólusai között oszcillál, a mágneses tér bekapcsolásakor hirtelen megáll.

Sok esetben a Foucault-áramok okozta felmelegedés károsnak bizonyul, és kezelni kell. A transzformátorok magjai, a villanymotorok forgórészei különálló vaslemezekből készülnek, amelyeket szigetelőrétegek választanak el, amelyek megakadályozzák a nagy indukciós áramok kialakulását, maguk a lemezek pedig nagy ellenállású ötvözetekből készülnek.

Elektromágneses mező

Az álló töltések által létrehozott elektromos tér statikus és a töltésekre hat. Az egyenáram egy időben állandó mágneses tér megjelenését idézi elő, amely mozgó töltésekre és áramokra hat. Az elektromos és a mágneses mező ebben az esetben egymástól függetlenül létezik.

Jelenség elektromágneses indukció bemutatja e mezők kölcsönhatását, olyan anyagokban, amelyekben szabad töltések vannak, azaz a vezetőkben. A váltakozó mágneses tér váltakozó elektromos teret hoz létre, amely szabad töltésekre hatva elektromos áramot hoz létre. Ez az áram, mivel váltakozó, váltakozó mágneses teret hoz létre, amely elektromos mezőt hoz létre ugyanabban a vezetőben stb.

Az egymást generáló váltakozó elektromos és váltakozó mágneses mezők kombinációját ún elektromágneses mező. Létezhet olyan közegben, ahol nincsenek szabad töltések, és elektromágneses hullám formájában terjed a térben.

klasszikus elektrodinamika- az emberi elme egyik legmagasabb vívmánya. Nagy hatással volt a későbbi fejlődésre emberi civilizáció, az elektromágneses hullámok létezésének előrejelzése. Ez később rádió, televízió, távközlési rendszerek, műholdas navigáció, valamint számítógépek, ipari és háztartási robotok és a modern élet egyéb attribútumai létrehozásához vezetett.

sarokkő Maxwell elméletei Az volt az állítás, hogy csak a váltakozó elektromos tér szolgálhat mágneses tér forrásaként, ahogyan a váltakozó mágneses tér is egy olyan elektromos tér forrásaként szolgál, amely indukciós áramot hoz létre a vezetőben. A vezető jelenléte ebben az esetben nem szükséges - az üres térben elektromos mező is keletkezik. A váltakozó elektromos tér vonalai, hasonlóan a mágneses tér vonalaihoz, zártak. Az elektromágneses hullám elektromos és mágneses tere egyenlő.

Elektromágneses indukció diagramokban és táblázatokban

1821-ben Michael Faraday ezt írta naplójába: "A mágnesességet elektromossággá alakítsa." 10 év után ezt a problémát megoldotta.
Faraday felfedezése
Nem véletlen, hogy az elektromágneses kölcsönhatások új tulajdonságainak felfedezésében az első és legfontosabb lépést az elektromágneses mezőről alkotott elképzelések alapítója, Faraday tette. Faraday bízott az elektromos és mágneses jelenségek egységes természetében. Nem sokkal Oersted felfedezése után ezt írta: „...nagyon szokatlannak tűnik, hogy egyrészt minden elektromos áramot megfelelő intenzitású, az áramra merőlegesen irányított mágneses hatás kísér, és ugyanakkor Ennek a hatásnak a körében elhelyezett jó elektromos vezetőkben az idő elteltével egyáltalán nem indukált áramot, nem történt észrevehető, az ilyen árammal egyenértékű hatás. Tíz évig tartó kemény munka és a sikerbe vetett hit vezette Faradayt a felfedezéshez, amely később a világ összes erőművének generátorainak tervezésének alapját képezte, amelyek a mechanikai energiát elektromos áram energiává alakították át. (Más elven működő források: galvanikus cellák, akkumulátorok, hő- és fotocellák - a megtermelt elektromos energiából jelentéktelen részt adnak.)
Az elektromos és a mágneses jelenségek közötti kapcsolatot sokáig nem lehetett kimutatni. Nehéz volt elképzelni a lényeget: csak egy időben változó mágneses tér gerjeszthet elektromos áramot egy rögzített tekercsben, vagy magának a tekercsnek kell mágneses térben mozognia.
Az elektromágneses indukció felfedezésére, ahogy Faraday nevezte ezt a jelenséget, 1831. augusztus 29-én került sor. Ritka eset, amikor ilyen pontosan ismert egy új figyelemre méltó felfedezés dátuma. Íme egy rövid leírás az első tapasztalatokról, amelyeket maga Faraday adott.
– Széles fatekercsen sebzik rézdrót 203 méter hosszú, és a kanyarulatai között egy azonos hosszúságú, de az első pamutszáltól szigetelt drót van feltekerve. Az egyik ilyen spirál egy galvanométerhez, a másik egy erős akkumulátorhoz volt csatlakoztatva, amely 100 pár lemezből állt... Az áramkör zárásakor hirtelen, de rendkívül gyenge hatást lehetett észrevenni a galvanométeren, ill. ugyanezt vették észre, amikor az áram leállt. Az egyik spirálon keresztül folyamatosan áramló áram mellett sem a galvanométerre gyakorolt hatást, sem általában a másik spirálra gyakorolt induktív hatást nem lehetett megfigyelni, ennek ellenére. 5.1
azzal érvelve, hogy az akkumulátorhoz csatlakoztatott teljes tekercs felmelegedése, és a szén közé szökkent szikra fényereje az akkumulátor erejéről tanúskodik.
Tehát kezdetben az indukciót fedezték fel azokban a vezetékekben, amelyek egymáshoz képest mozdulatlanok voltak az áramkör zárása és nyitása során. Aztán világosan megértette, hogy a vezetők közelítése vagy eltávolítása árammal ugyanarra az eredményre kell, hogy vezessen, mint az áramkör zárása és nyitása, Faraday kísérletekkel bebizonyította, hogy áram keletkezik, amikor a tekercsek egymáshoz képest mozognak (5.1. ábra). Faraday, aki ismeri Ampère munkáit, megértette, hogy a mágnes a molekulákban keringő kis áramok gyűjteménye. Október 17-én a laboratóriumi naplójában rögzítettek szerint indukciós áramot észleltek a tekercsben a mágnes tolása (vagy kihúzása) során (5.2. ábra). Faraday egy hónapon belül kísérleti úton felfedezte az elektromágneses indukció jelenségének összes lényeges jellemzőjét. Csak az maradt hátra, hogy a törvénynek szigorú mennyiségi formát adjon, és teljes mértékben feltárja a jelenség fizikai természetét.
Faraday már maga is felfogta azt a közös dolgot, amely meghatározza az indukciós áram megjelenését a külsőleg eltérőnek tűnő kísérletekben.
Zárt vezetőkörben áram keletkezik, amikor az ezen áramkör által határolt felületen áthatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik. És minél gyorsabban változik a mágneses indukció vonalainak száma, annál nagyobb a keletkező áram. Ebben az esetben a mágneses indukció sorszámának változásának oka teljesen közömbös. Ez lehet a rögzített vezetőn áthatoló mágneses indukciós vonalak számának változása a szomszédos tekercs áramerősségének változása miatt, valamint a vonalak számának változása az áramkör inhomogén mágneses térben történő mozgása miatt. , melynek vonalainak sűrűsége térben változó (5.3. ábra).
Faraday nemcsak felfedezte a jelenséget, hanem ő volt az első, aki megalkotta az elektromos áramgenerátor tökéletlen, de tökéletlen modelljét, amely a forgás mechanikai energiáját árammá alakítja át. A pólusok között forgó hatalmas rézkorong volt. erős mágnes(5.4. ábra). Faraday eltérést fedezett fel, amikor a lemez tengelyét és szélét a galvanométerhez csatlakoztatta
NÁL NÉL
\

\
\
\
\
\
\
\L

S Az áramerősség azonban gyenge volt, de a később megtalált elv lehetővé tette nagy teljesítményű generátorok építését. Nélkülük az elektromosság még mindig olyan luxus lenne, amit kevesen engedhetnek meg maguknak.
Vezető zárt hurokban elektromos áram keletkezik, ha a hurok váltakozó mágneses térben van, vagy időben állandó térben mozog úgy, hogy a hurkon áthatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik. Ezt a jelenséget elektromágneses indukciónak nevezik.

2.7. AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ JELENSÉGÉNEK FELFEDEZÉSE

A modern elektrotechnikához nagyban hozzájárult Michael Faraday angol tudós, akinek munkáit az elektromos és mágneses jelenségek tanulmányozásával foglalkozó korábbi munkák készítették elő.

Van valami szimbolikus abban, hogy M. Faraday születésének évében (1791) megjelent Luigi Galvani értekezése egy új fizikai jelenség - az elektromos áram - első leírásával, és halála évében (1867) feltalálták a "dinamót" - öngerjesztő egyenáramú generátort, i.e. Megbízható, gazdaságos és könnyen használható elektromos energiaforrás jelent meg. A nagy tudós életútja, módszereiben, tartalmában és jelentőségében egyedülálló tevékenysége nemcsak a fizikában nyitott új fejezetet, hanem meghatározó szerepet játszott az új technológiai ágak: az elektro- és rádiótechnika megszületésében is.

Több mint száz éven át fiatal diákok nemzedékei tanulták meg fizikaórákon és számos könyvből az egyik leghíresebb tudós, 68 tudományos társaság és akadémia tagjának figyelemre méltó életének történetét. Általában M. Faraday nevéhez fűződik a legjelentősebb és ezért a leghíresebb felfedezés - az elektromágneses indukció jelensége, amelyet 1831-ben tett. De egy évvel ezt megelőzően, 1830-ban M. Faradayt tiszteletbeli tagjává választották a kémia és elektromágnesesség területén végzett kutatásokat a Petersburg Academy of Sciences, de 1824-ben a Royal Society of London (Brit Tudományos Akadémia) tagjává választották. 1816-tól kezdve, amikor az első tudományos munka M. Faraday, aki a toszkán mész kémiai elemzésének szentelte magát, és 1831-re, amikor elkezdődött a "Experimental Research on Electricity" című híres tudományos napló kiadása, M. Faraday több mint 60 tudományos közleményt publikált.

Nagy szorgalma, tudásszomja, veleszületett intelligencia és megfigyelőképesség tette lehetővé M. Faraday számára, hogy kiemelkedő eredményeket érjen el ezeken a területeken tudományos kutatás megszólította a tudós. Az elismert "kísérletezők királya" előszeretettel ismételgette: "A kísérletező művészete az, hogy kérdéseket tudjon feltenni a természetnek, és megértse a válaszait."

M. Faraday minden egyes tanulmányát olyan alaposság jellemezte, és annyira összhangban volt a korábbi eredményekkel, hogy kortársai között szinte alig volt kritikusa munkásságának.

Ha figyelmen kívül hagyjuk M. Faraday kémiai tanulmányait, amelyek szintén korszakot alkottak a szakterületükön (elég csak felidézni a cseppfolyósító gázokkal kapcsolatos kísérleteket, a benzol, butilén felfedezését), akkor az összes többi munkáját, első ránézésre olykor szétszórva, mint vonások a művész vásznán, együttvéve csodálatos képet alkotnak két probléma átfogó vizsgálatáról: a különféle energiaformák kölcsönös átalakulásáról és a környezet fizikai tartalmáról.

Rizs. 2.11. Az "elektromágneses forgások" sémája (Faraday rajza szerint)

1, 2 - tálak higannyal; 3 - mozgatható mágnes; 4 - álló mágnes; 5, 6 - a galvánelemek akkumulátorához vezető vezetékek; 7 - réz rúd; 8 - rögzített vezető; 9 - mozgatható vezető

M. Faraday munkásságát az elektromosság területén az úgynevezett elektromágneses forgások tanulmányozása indította el. Oersted, Arago, Ampère, Biot, Savart 1820-ban végzett kísérletsorozatából nemcsak az elektromágnesességről vált ismertté, hanem az áram és a mágnes kölcsönhatásának sajátosságairól is: itt, mint már említettük, központi erők. nem ismeri a klasszikus mechanika járt, és az erők különbözőek, arra törekszenek, hogy hozzon létre egy mágneses tűt merőleges a vezető. M. Faraday feltette a kérdést: törekszik-e a mágnes a vezeték körüli folyamatos mozgásra leeresztés útján? A tapasztalatok megerősítették a hipotézist. 1821-ben M. Faraday adott egy fizikai eszköz leírását, amely vázlatosan az 1. ábrán látható. 2.11. A bal oldali higanyos edényben egy rúd állandó mágnes volt csuklósan az alján. Amikor az áram be van kapcsolva felső rész rögzített vezető körül forog. A jobb edényben a mágnesrúd mozdulatlan volt, és a konzolon szabadon felfüggesztett áramvezető vezető a higany fölött csúszott, és a mágnespólus körül forgott. Mivel ebben a kísérletben először jelenik meg folyamatos mozgású magnetoelektromos eszköz, teljesen jogos ezzel az eszközzel kezdeni az elektromos gépek és különösen a villanymotor történetét. Figyeljünk a higanykontaktusra is, amely később az elektromechanikában is alkalmazásra talált.

Úgy tűnik, ettől a pillanattól kezdve M. Faraday elkezdett elképzeléseket alkotni az univerzális "erők interkonvertálhatóságáról". Miután az elektromágnesesség segítségével folyamatos mechanikus mozgás, azt a feladatot tűzi ki maga elé, hogy fordítsa meg a jelenséget, vagy M. Faraday terminológiájával élve a mágnesességet elektromossággá alakítsa.

A megfogalmazott probléma megoldására fordított céltudatosságot és kitartást, több ezer kísérletet és 10 év kemény munkáját csak a „felcserélhetőség” hipotézisének érvényességében való teljes meggyőződés magyarázhatja. 1831 augusztusában döntő kísérletet hajtottak végre, november 24-én pedig a Royal Society ülésén bemutatták az elektromágneses indukció jelenségének lényegét.

Rizs. 2.12. Illusztráció az aragói élményről ("forgás mágnesessége")

1 - vezetőképes, nem mágneses lemez; 2 - üveg alap a tárcsa tengelyének rögzítéséhez

Példaként, amely egy tudós gondolatmenetét és az elektromágneses térről alkotott elképzeléseit jellemzi, nézzük M. Faraday tanulmányát egy jelenségről, amelyet akkoriban "forgásmágnesességnek" neveztek. Sok évvel M. Faraday munkássága előtt a navigátorok észrevették az iránytű réztestének gátló hatását a mágnestű oszcillációira. 1824-ben D.F. Arago (lásd 2.5. §) leírta a „forgási mágnesesség” jelenségét, amelyet sem ő, sem más fizikusok nem tudtak kielégítően megmagyarázni. A jelenség lényege a következő volt (2.12. ábra). A patkó alakú mágnes függőleges tengely körül foroghatott, pólusai fölött pedig alumínium- vagy rézkorong volt, amely szintén olyan tengelyen tudott forogni, amelynek forgásiránya egybeesett a mágnes tengelyének forgásirányával. Nyugalomban nem figyeltek meg kölcsönhatást a lemez és a mágnes között. De amint a mágnes forogni kezdett, a korong utána rohant, és fordítva. A korong légáram általi magával ragadásának kizárása érdekében a mágnest és a lemezt üveggel választották el.

Az elektromágneses indukció felfedezése segített M. Faradaynak megmagyarázni a D.F. jelenségét. Arago, és már a tanulmány elején írja: "Azt reméltem, hogy Mr. Arago tapasztalatai alapján új áramforrást készítek."

A kiváló amerikai fizikus, Joseph Henry (1797–1878) M. Faraday-jel csaknem egyidőben elektromágneses indukciót figyelt meg. Nem nehéz elképzelni, milyen érzései voltak a tudósnak, az Amerikai Nemzeti Tudományos Akadémia leendő elnökének, amikor észrevételeinek publikálása előtt értesült M. Faraday publikációjáról. Egy évvel később D. Henry felfedezte az önindukció és az extra áramok jelenségét, valamint megállapította az áramköri induktivitás függését az anyag tulajdonságaitól és a tekercsmagok konfigurációjától. 1838-ban D. Henry a "magasabb rendű áramlatokat" tanulmányozta, azaz. más indukált áramok által indukált áramok. 1842-ben ezeknek a tanulmányoknak a folytatása vezette D. Henryt a kondenzátor kisülésének oszcillációs természetének felfedezéséhez (később, 1847-ben ezt a felfedezést a kiváló német fizikus, Hermann Helmholtz is megismételte) (1821–1894).

Térjünk rá M. Faraday főbb kísérleteire. Az első kísérletsorozat a "volta-elektromos" (M. Faraday terminológiájával) indukció jelenségét demonstráló kísérlettel zárult (2.13. ábra, a- G). Miután észlelte az áram előfordulását a szekunder áramkörben 2 az elsődleges zárásakor vagy kinyitásakor 1 vagy a primer és szekunder kör kölcsönös mozgása során (2.13. ábra, ban ben), M. Faraday kísérletet állított fel az indukált áram tulajdonságainak tisztázására: a spirál belsejében b, a szekunder körbe beépített 7 acéltű került (2.13. ábra, b) amelyet egy indukált áram mágnesezett. Az eredmény azt mutatta, hogy az indukált áram hasonló a közvetlenül egy galvanikus akkumulátortól kapott áramhoz. 3.

Rizs. 2.13. Az elektromágneses indukció felfedezéséhez vezető fő kísérletek vázlatai

Fa vagy kartondob cseréje 4, amelyre a primer és a szekunder tekercset feltekerték, egy acélgyűrűvel (2.13. ábra, d), M. Faraday a galvanométer tűjének intenzívebb eltérését fedezte fel. 5. Ez a tapasztalat rámutatott a közeg alapvető szerepére az elektromágneses folyamatokban. M. Faraday itt használ először olyan eszközt, amelyet egy transzformátor prototípusának nevezhetünk.

A második kísérletsorozat az elektromágneses indukció jelenségét illusztrálta, amely a primer áramkörben feszültségforrás hiányában keletkezett. Abból a tényből kiindulva, hogy az áram által körbefolyt tekercs azonos a mágnessel, M. Faraday a feszültségforrást két állandó mágnesre cserélte (2.13. ábra, e)és megfigyelte a szekunder tekercs áramát a mágneses áramkör zárása és nyitása során. Ezt a jelenséget "magnetoelektromos indukciónak" nevezte; később megjegyezte, hogy nincs alapvető különbség a "volta-elektromos" és a "magnetoelektromos" indukció között. Ezt követően mindkét jelenséget az "elektromágneses indukció" kifejezéssel kombinálták. A végső kísérletekben (2.13. ábra, például) indukált áram megjelenését mutatták be, amikor egy állandó mágnes vagy egy áramvezető tekercs mozog a szolenoid belsejében. Ez a kísérlet volt az, amely másoknál világosabban demonstrálta a "mágnesesség elektromossággá" vagy pontosabban a mechanikai energiát elektromos energiává alakításának lehetőségét.

Új ötletek alapján M. Faraday magyarázatot adott a koronggal végzett kísérlet fizikai oldaláról D.F. Arago. Érvelése röviden a következőképpen foglalható össze. Az alumínium (vagy bármely más vezető, de nem mágneses) lemez felfogható egy végtelen keréknek egy nagy szám küllők - radiális vezetők. A mágnes és a lemez egymáshoz viszonyított mozgásával ezek a vezetőküllők "levágják a mágneses görbéket" (Faraday terminológiája), és indukált áram keletkezik a vezetőkben. Az áram kölcsönhatása mágnessel már ismert volt. M. Faraday értelmezésében a terminológia és a jelenség magyarázatának módja vonzza a figyelmet. Az indukált áram irányának meghatározásához bevezeti a kés szabályát, amely elvágja az erővonalakat. Ez még nem E.H. törvénye. Lenz, akit a jelenség jellemzőinek egyetemessége jellemez, de minden alkalommal csak arra tesz kísérletet részletes leírásokállítsa be, hogy a nyéltől a penge hegyéig folyjon-e az áram, vagy fordítva. De itt fontos az alapkép: M. Faraday a nagy hatótávolságú cselekvés elméletének híveivel ellentétben az anyagi környezettel, az éterrel tölti ki azt a teret, amelyben különféle erők hatnak, fejlesztve L. Euler éteri elméletét. , akit viszont M.V. ötletei befolyásolnak. Lomonoszov.

M. Faraday a fizikai valóságot adta a mágnesnek, majd a dielektrikumok és az elektromos erővonalak tanulmányozása során rugalmassági tulajdonsággal ruházta fel őket, és az elektromágneses jelenségek széles skálájára talált nagyon elfogadható magyarázatot a ezek a rugalmas vonalak, hasonlóan a gumiszálakhoz.

Több mint másfél évszázad telt el, és még mindig nem találtunk szemléltetőbb módot és sémát az indukcióhoz és az elektromechanikus hatásokhoz kapcsolódó jelenségek magyarázatára, mint a Faraday-vonalak híres koncepciója, amely még mindig anyagilag érzékelhetőnek tűnik.

D.F. Arago M. Faraday valóban új áramforrást készített. Miután egy alumínium vagy réz korongot forog a mágnes pólusai között, M. Faraday keféket helyezett a korong tengelyére és annak peremére.

Így egy elektromos gépet terveztek, amely később az unipoláris generátor nevet kapta.

M. Faraday munkáinak elemzésekor világosan megnyilvánul az általános gondolat, amelyet a nagy tudós egész alkotó élete során kidolgozott. M. Faradayt olvasva nehéz megszabadulni attól a benyomástól, hogy csak egyetlen problémával foglalkozott, a különféle energiaformák egymásba való átalakulásának, és minden felfedezése véletlenül történt, és csak a fő gondolat illusztrálására szolgált. Feltárja különböző fajták elektromosság (állati, galván, mágneses, termoelektromos), és minőségi azonosságukat bizonyítva felfedezi az elektrolízis törvényét. Ugyanakkor az elektrolízis, akárcsak a kimetszett béka izmainak remegése, kezdetben csak annak bizonyítékaként szolgált, hogy az elektromosság minden fajtája ugyanazokban a cselekvésekben nyilvánul meg.

A statikus elektromosság és az elektrosztatikus indukció jelenségének tanulmányozása elvezette M. Faraday-t a dielektrikumról alkotott elképzelések kialakításához, a nagy hatótávolságú hatás elméletével való végső szakításhoz, a gázok kisülésének figyelemre méltó tanulmányaihoz (Faraday sötét terének felfedezéséhez). ). Az erők kölcsönhatásának és kölcsönös átalakulásának további tanulmányozása elvezette a fény polarizációs síkjának mágneses forgásának felfedezéséhez, a diamágnesesség és a paramágnesesség felfedezéséhez. A kölcsönös átalakulások egyetemességében való meggyőződés arra késztette M. Faradayt, hogy egyrészt a mágnesesség és az elektromosság, másrészt a gravitáció kapcsolatának vizsgálata felé forduljon. Igaz, Faraday szellemes kísérletei nem adtak eredményt pozitív eredmény, de ez nem rendítette meg bizalmát e jelenségek közötti kapcsolat létezésében.

M. Faraday életrajzírói előszeretettel hangsúlyozzák azt a tényt, hogy M. Faraday kerülte a matematika használatát, hogy sok száz oldalon „ Kísérleti kutatás az elektromosságról” egyetlen matematikai képlet sem létezik. Ezzel kapcsolatban illik idézni M. Faraday honfitársának, a nagy fizikusnak, James Clark Maxwellnek (1831–1879) kijelentését: matematikai szimbólumok. Azt is megállapítottam, hogy ez a módszer a szokásos matematikai formában kifejezhető, és így összehasonlítható a professzionális matematikusok módszereivel.

Faraday gondolkodásának "matematikáját" az elektrolízis törvényeivel vagy például az elektromágneses indukció törvényének megfogalmazásával szemléltethetjük: a mozgásba hozott elektromosság mennyisége egyenesen arányos a keresztezések számával. erővonalak. Elég az utolsó megfogalmazást matematikai szimbólumok formájában elképzelni, és rögtön kapunk egy képletet, amiből nagyon gyorsan következik a híres d?/dt, hol? - mágneses fluxus kapcsolat.

D.K. Maxwell, aki az elektromágneses indukció jelenségének felfedezésének évében született, nagyon szerényen értékelte a tudománynak nyújtott szolgálatait, hangsúlyozva, hogy csak M. Faraday gondolatait dolgozta ki és ruházta fel matematikai formába. Maxwell elméletét az elektromágneses térről a tudósok nagyra értékelték késő XIX század eleje, amikor a rádiótechnika fejlődésnek indult Faraday - Maxwell elképzelései alapján.

M. Faraday előrelátásának, a legbonyolultabb fizikai jelenségek mélységébe való behatolási képességének jellemzésére itt fontos felidézni, hogy még 1832-ben a briliáns tudós felvállalta, hogy elektromágneses folyamatok hullám jellegűek, véges sebességgel terjedő mágneses oszcillációkkal és elektromos indukcióval.

1938 végén a Londoni Királyi Társaság archívumában megtalálták M. Faraday 1832. március 12-i pecsétes levelét, amely több mint 100 évig homályban hevert, és a következő sorokat tartalmazta:

„Néhány kutatási eredmény... arra a következtetésre vezetett, hogy a mágneses hatás terjedéséhez idő kell, pl. amikor az egyik mágnes egy másik távoli mágnesre vagy vasdarabra hat, a befolyásoló ok (amit megengedek magamnak mágnesességnek nevezni) fokozatosan terjed ki a mágneses testekről, és bizonyos idő szükséges a terjedéséhez, ami nyilvánvalóan nagyon durva lesz. jelentéktelen.

Azt is gondolom, hogy az elektromos indukció pontosan ugyanúgy terjed. Úgy gondolom, hogy a mágneses erők terjedése a mágneses pólusról hasonló a felkavart vízfelület rezgéseihez, vagy a levegő részecskéinek hangrezgéseihez, pl. A rezgések elméletét a mágneses jelenségekre kívánom alkalmazni, ahogy a hangra teszik, és ez a fényjelenségek legvalószínűbb magyarázata.

Analógia alapján lehetségesnek tartom az oszcilláció elméletének alkalmazását az elektromos indukció terjedésére. Kísérletileg szeretném tesztelni ezeket a nézeteket, de mivel az időm a hivatalos feladatok ellátásával van elfoglalva, ami a kísérletek meghosszabbodását okozhatja... Szeretném, ha ezt a levelet megőrzésre átadnám a Royal Societynek, hogy biztosítsam a felfedezést. magamnak egy bizonyos időpontig...".

Mivel M. Faraday ezen elképzelései ismeretlenek maradtak, nincs okunk visszautasítani nagy honfitársát, D.K. Maxwell ugyanezen gondolatok felfedezésében, amelyeknek szigorú fizikai és matematikai formát és alapvető jelentőséget adott.

Az Amazing Mechanics című könyvből szerző Gulia Nurbey Vladimirovics

Egy ősi fazekas felfedezése Mezopotámia egyik legfenségesebb városa az ősi Ur. Hatalmas és sokrétű. Szinte egy egész állam. Kertek, paloták, műhelyek, komplex hidraulikus építmények, vallási épületek Kis fazekas műhelyben, megjelenésben

Az elektromos berendezések telepítésének szabályai a kérdésekben és válaszokban című könyvből [Útmutató a tanuláshoz és a tudásvizsgára való felkészüléshez] szerző Krasznik Valentin Viktorovics

Kommunikációs és telemechanikai eszközök elektromágneses összeférhetőségének biztosítása Kérdés. Hogyan készülnek a kommunikációs és telemechanikai eszközök?Válasz. Zajmentesek olyan mértékben, hogy biztosítsák megbízható működésüket normál és vészhelyzetben is

A Titkos autók című könyvből szovjet hadsereg szerző Kocsnyev Jevgenyij Dmitrijevics

Családi "Discovery" (KrAZ-6315/6316) (1982 - 1991) 1976 februárjában adták ki titkos rendelet A Minisztertanács és az SZKP Központi Bizottsága a követelményeknek megfelelő, alapvetően új nehéz katonai teherautók és közúti vonatok családjainak fejlesztéséről a fő szovjet autógyárakban

A gránát susogása című könyvből szerző Prishcsepenko Alekszandr Boriszovics

5.19. Miért szereted az állandó mágneseket? Házi készítésű készülék mezőindukció mérésére. Egy másik eszköz, amely megszünteti a tekercselési számítások fájdalmát

Az Új energiaforrások című könyvből szerző Frolov Alekszandr Vladimirovics

17. fejezet Kapilláris jelenségek A környezet hőenergiáját átalakító készülékek külön osztályát számos kapilláris gép alkotja, amelyek üzemanyag-fogyasztás nélkül végeznek munkát. Nagyon sok ilyen projekt létezik a technika történetében. A nehézség az, hogy ugyanaz

A Metal Age című könyvből szerző Nikolaev Grigorij Iljics

1. fejezet A PAP HOBBIELEM FELFEDEZÉSE Az ókor hét féme, valamint a kén és a szén – mindazok az elemek, amelyekkel az emberiség megismerkedett létezésének sok évezrede alatt egészen a Kr.u. 13. századig. Nyolc évszázaddal ezelőtt kezdődött az alkímia korszaka. Ő

Az elektrotechnika története című könyvből szerző Szerzők csapata

1.3. AZ ELEKTROMOS ÚJ TULAJDONSÁGOK FELFEDEZÉSE Az egyik első, aki V. Hilbert könyvének megismerése után az elektromos erők erősebb megnyilvánulásaira szánta el magát, a légszivattyú ismert feltalálója és a félgömbökkel kapcsolatos tapasztalata, Otto magdeburgi polgármester volt. von Guericke

A Történelem című könyvből kiemelkedő felfedezésekés találmányok (elektromos technika, villamosenergia-ipar, rádióelektronika) szerző Shneiberg Jan Abramovics

2.4. AZ ELEKTROMOS ÍV FELFEDEZÉSE ÉS GYAKORLATI HASZNÁLATA V.V. összes munkája közül. Petrova bemutatja a jelenség 1802-es felfedezését elektromos ív egy magas forrás pólusaihoz csatlakoztatott két szénelektróda között

A szerző könyvéből

2.6. A TERMOELEKTROMOSSÁG JELENSÉGÉNEK FELFEDEZÉSE ÉS AZ ELEKTROMOS ÁRAMKÖR TÖRVÉNYEINEK MEGÁLLAPÍTÁSA Az elektromosság és a mágnesesség jelenségeinek további vizsgálata új tények felfedezéséhez vezetett.

A szerző könyvéből

3.5. FORGÓ MÁGNESES TÉR FELFEDEZÉSE ÉS ASZINKRON ELEKTROMOS MOTOROK LÉTREHOZÁSA

A szerző könyvéből

5. FEJEZET Az elektromágnesesség felfedezése és a különféle elektromos gépek létrehozása, amelyek a villamosítás kezdetét jelentették Az "elektromos konfliktus" mágnestűre gyakorolt hatásának felfedezése latin kis prospektus