>> Pembukaan induksi elektromagnetik

Bab 2. INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Sejauh ini, kita telah mempertimbangkan medan listrik dan magnet yang tidak berubah terhadap waktu. Ditemukan bahwa medan elektrostatik diciptakan oleh partikel bermuatan yang tidak bergerak, dan medan magnet diciptakan oleh partikel yang bergerak, yaitu arus listrik. Sekarang mari kita berkenalan dengan medan listrik dan magnet, yang berubah seiring waktu.

Paling fakta penting, yang telah ditemukan, adalah hubungan terdekat antara medan listrik dan magnet. Ternyata medan magnet yang berubah-ubah waktu menghasilkan Medan listrik, dan medan listrik yang berubah adalah magnet. Tanpa hubungan antar medan ini, variasi manifestasi gaya elektromagnetik tidak akan seluas yang sebenarnya diamati. Tidak akan ada gelombang radio atau cahaya.

8 PENEMUAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Pada tahun 1821, M. Faraday menulis dalam buku hariannya: "Ubah magnetisme menjadi listrik." Setelah 10 tahun, masalah ini diselesaikan olehnya.

Bukan kebetulan bahwa yang pertama langkah yang menentukan dalam penemuan sifat-sifat baru interaksi elektromagnetik dibuat oleh M. Faraday, pendiri gagasan tentang medan elektromagnetik, yang yakin akan kesatuan sifat listrik dan fenomena magnet. Berkat ini, ia membuat penemuan yang menjadi dasar untuk desain generator semua pembangkit listrik di dunia, yang mengubah energi mekanik menjadi energi arus listrik. (Sumber yang beroperasi dengan prinsip lain: sel galvanik, baterai, dll., memberikan sebagian kecil energi listrik yang dihasilkan.)

Arus listrik, menurut M. Faraday, mampu memagnetisasi sepotong besi. Bisakah magnet pada gilirannya menyebabkan arus listrik? Lama koneksi ini tidak dapat ditemukan. Sulit untuk memikirkan hal utama, yaitu: magnet yang bergerak, atau medan magnet yang berubah dalam waktu, dapat menggairahkan listrik dalam sebuah kumparan.

Jenis kecelakaan apa yang dapat mencegah penemuan, menunjukkan fakta berikut. Hampir bersamaan dengan Faraday, fisikawan Swiss Colladon mencoba mendapatkan arus listrik dalam sebuah kumparan menggunakan magnet. Dalam pekerjaannya, ia menggunakan galvanometer, jarum magnet ringan yang ditempatkan di dalam kumparan perangkat. Agar magnet tidak memiliki efek langsung pada panah, ujung-ujung kumparan tempat Colladon memasukkan magnet, berharap mendapatkan arus di dalamnya, dibawa ke luar. kamar sebelah dan ada yang terhubung ke galvanometer. Setelah memasukkan magnet ke dalam kumparan, Colladon pergi ke kamar sebelah dan kecewa karena diyakinkan bahwa galvanometer tidak menunjukkan arus. Andai saja dia bisa melihat galvanometer sepanjang waktu, dan meminta seseorang untuk mengerjakan magnet, penemuan yang luar biasa akan dibuat. Tapi ini tidak terjadi. Sebuah magnet yang diam relatif terhadap sebuah kumparan tidak menyebabkan arus di dalamnya.

Isi pelajaran ringkasan pelajaran mendukung bingkai pelajaran presentasi metode akselerasi teknologi interaktif Praktik tugas dan latihan ujian mandiri lokakarya, pelatihan, kasus, pencarian pekerjaan rumah pertanyaan diskusi pertanyaan retoris dari siswa Ilustrasi audio, klip video, dan multimedia foto, gambar grafik, tabel, skema humor, anekdot, lelucon, perumpamaan komik, ucapan, teka-teki silang, kutipan Add-on abstrak chip artikel untuk lembar contekan yang ingin tahu, buku teks dasar dan glosarium tambahan istilah lainnya Memperbaiki buku pelajaran dan pelajaranmengoreksi kesalahan dalam buku teks memperbarui fragmen dalam buku teks elemen inovasi dalam pelajaran menggantikan pengetahuan usang dengan yang baru Hanya untuk guru pelajaran yang sempurna rencana kalender untuk setahun pedoman program diskusi Pelajaran Terintegrasi

Topik pelajaran:

Penemuan induksi elektromagnetik. fluks magnet.

Target: memperkenalkan siswa pada fenomena induksi elektromagnetik.

Selama kelas

I. Momen organisasi

II. Pembaruan pengetahuan.

1. Survei frontal.

• Apa hipotesis Ampere?
• Apa itu permeabilitas magnetik?
• Zat apa yang disebut para- dan diamagnet?
• Apa itu ferit?
• Di mana ferit digunakan?
• Bagaimana Anda tahu bahwa ada medan magnet di sekitar bumi?
• Dimanakah kutub magnet utara dan selatan bumi?
• Proses apa yang terjadi di magnetosfer bumi?
• Apa alasan adanya medan magnet di dekat bumi?

2. Analisis eksperimen.

Percobaan 1

Jarum magnet pada dudukan dibawa ke bawah dan kemudian ke ujung atas tripod. Mengapa panah berbelok ke ujung bawah tripod dari kedua sisi dengan kutub selatan, dan ke ujung atas - ujung utara?(Semua benda besi berada di medan magnet bumi. Di bawah pengaruh medan ini, mereka termagnetisasi, dan bagian bawah benda mendeteksi kutub magnet utara, dan bagian atas - selatan.)

Percobaan 2

Di sumbat gabus besar, buat alur kecil untuk sepotong kawat. Turunkan gabus ke dalam air, dan letakkan kawat di atasnya, letakkan di sepanjang paralel. Dalam hal ini, kawat, bersama dengan gabus, diputar dan dipasang di sepanjang meridian. Mengapa?(Kawat telah diberi magnet dan dipasang di medan bumi seperti jarum magnet.)

AKU AKU AKU. Mempelajari materi baru

Ada gaya magnet antara muatan listrik yang bergerak. Interaksi magnetik dijelaskan berdasarkan konsep medan magnet yang ada di sekitar muatan listrik yang bergerak. Medan listrik dan magnet dihasilkan oleh sumber yang sama - muatan listrik. Dapat diasumsikan bahwa ada hubungan di antara mereka.

Pada tahun 1831, M. Faraday mengkonfirmasi hal ini secara eksperimental. Ia menemukan fenomena induksi elektromagnetik (slide 1.2).

Percobaan 1

Kami menghubungkan galvanometer ke koil, dan kami akan mengajukannya magnet permanen. Kami mengamati penyimpangan jarum galvanometer, arus (induksi) telah muncul (slide 3).

Arus pada penghantar terjadi bila penghantar berada pada daerah medan magnet bolak-balik (slide 4-7).

Faraday mewakili medan magnet bolak-balik sebagai perubahan jumlah garis gaya yang menembus permukaan yang dibatasi oleh kontur tertentu. Jumlah ini tergantung pada induksi PADA medan magnet, dari area kontur S dan orientasinya pada bidang yang diberikan.

F \u003d BS karena - fluks magnet.

F [Wb] Weber (slide 8)

Arus induksi dapat memiliki arah yang berbeda, yang tergantung pada apakah fluks magnet yang menembus rangkaian berkurang atau bertambah. Aturan untuk menentukan arah arus induksi dirumuskan pada tahun 1833. E.X.Lenz.

Percobaan 2

Kami menggeser magnet permanen ke dalam cincin aluminium ringan. Cincin ditolak darinya, dan ketika diperpanjang, cincin itu tertarik ke magnet.

Hasilnya tidak tergantung pada polaritas magnet. Tolakan dan tarik-menarik dijelaskan oleh munculnya arus induksi di dalamnya.

Ketika magnet didorong masuk, fluks magnet melalui cincin meningkat: tolakan cincin dalam hal ini menunjukkan bahwa arus induksi di dalamnya memiliki arah di mana vektor induksi medan magnetnya berlawanan arah dengan vektor induksi medan magnet luar.

Aturan Lenz:

Arus induksi selalu memiliki arah sedemikian rupa sehingga medan magnetnya mencegah perubahan fluks magnet, menyebabkan penampilan arus induksi(slide 9).

IV. Melakukan pekerjaan laboratorium

Pekerjaan laboratorium dengan topik "Verifikasi eksperimental aturan Lenz"

Perangkat dan bahan:miliammeter, kumparan-kumparan, magnet arkuata.

Proses kerja

1. Siapkan meja.

Periode baru dalam perkembangan ilmu fisika dimulai dengan penemuan cerdik oleh Faraday induksi elektromagnetik. Dalam penemuan inilah kemampuan sains untuk memperkaya teknologi dengan ide-ide baru tampak jelas. Faraday sendiri sudah meramalkan keberadaan gelombang elektromagnetik berdasarkan penemuannya. Pada 12 Maret 1832, ia menyegel sebuah amplop dengan tulisan "Pandangan Baru, sekarang disimpan dalam amplop tertutup di arsip Royal Society." Amplop ini dibuka pada tahun 1938. Ternyata Faraday cukup jelas memahami bahwa tindakan induksi merambat dengan kecepatan terbatas dalam cara gelombang. "Saya menganggap mungkin untuk menerapkan teori osilasi pada perambatan induksi listrik," tulis Faraday. Pada saat yang sama, dia menunjukkan bahwa “perambatan efek magnetik membutuhkan waktu, yaitu, ketika magnet bekerja pada magnet lain yang jauh atau sepotong besi, penyebab yang mempengaruhi (yang saya akan sebut sebagai magnetisme) menyebar dari benda magnet secara bertahap dan membutuhkan waktu tertentu untuk perambatannya yang jelas akan menjadi sangat kecil. Saya juga percaya bahwa induksi listrik merambat dengan cara yang persis sama. Saya percaya bahwa perambatan gaya magnet dari kutub magnet mirip dengan osilasi permukaan air yang kasar, atau getaran suara partikel udara.

Faraday memahami pentingnya idenya dan, karena tidak dapat mengujinya secara eksperimental, memutuskan dengan bantuan amplop ini "untuk mengamankan penemuan untuk dirinya sendiri dan, dengan demikian, memiliki hak, dalam kasus konfirmasi eksperimental, untuk menyatakan tanggal ini. tanggal penemuannya." Jadi, pada 12 Maret 1832, umat manusia untuk pertama kalinya sampai pada gagasan keberadaan gelombang elektromagnetik. Dari tanggal ini dimulailah sejarah penemuan radio.

Tapi penemuan Faraday telah pentingnya tidak hanya dalam sejarah teknologi. Itu memiliki dampak besar pada perkembangan pandangan dunia ilmiah. Dari penemuan ini, fisika masuk objek baru - bidang fisik. Dengan demikian, penemuan Faraday termasuk dalam fundamental itu penemuan ilmiah yang meninggalkan jejak nyata dalam seluruh sejarah kebudayaan manusia.

Penjilid buku putra pandai besi London lahir di London pada 22 September 1791. Si brilian otodidak bahkan tidak memiliki kesempatan untuk menyelesaikannya sekolah dasar dan membuka jalan bagi ilmu pengetahuan itu sendiri. Saat belajar penjilidan buku, dia membaca buku, terutama tentang kimia, dia melakukannya percobaan kimia. mendengarkan kuliah umum ahli kimia terkenal Davy, dia akhirnya yakin bahwa panggilannya adalah sains, dan memintanya untuk dipekerjakan di Royal Institute. Dari tahun 1813, ketika Faraday diterima di institut sebagai asisten laboratorium, dan sampai kematiannya (25 Agustus 1867), ia hidup dalam sains. Sudah pada tahun 1821, ketika Faraday menerima rotasi elektromagnetik, ia menetapkan sebagai tujuannya "untuk mengubah magnet menjadi listrik." Sepuluh tahun pencarian dan kerja keras mencapai puncaknya pada penemuan induksi elektromagnetik pada tanggal 29 Agustus 1871.

"Dua ratus tiga kaki kawat tembaga dalam satu potong dililitkan pada drum kayu besar; dua ratus tiga kaki dari kawat yang sama diisolasi dalam spiral di antara belitan belitan pertama, kontak logam dihilangkan dengan cara dari kabel. Salah satu spiral ini dihubungkan ke galvanometer, dan yang lainnya dengan baterai yang terisi penuh dari seratus pasang pelat empat inci persegi inci, dengan pelat tembaga ganda. Ketika kontak dilakukan, ada efek sementara tetapi sangat kecil pada galvanometer, dan efek lemah serupa terjadi ketika kontak dengan baterai dibuka. Ini adalah bagaimana Faraday menggambarkan pengalaman pertamanya dalam menginduksi arus. Ia menyebut induksi semacam ini sebagai induksi volta-listrik. Dia melanjutkan untuk menggambarkan pengalaman utamanya dengan cincin besi, prototipe modern transformator.

"Sebuah cincin dilas dari batang besi lunak yang bundar; ketebalan logam adalah tujuh per delapan inci, dan diameter luar cincin adalah enam inci. Pada satu bagian dari cincin ini, tiga spiral dililit, masing-masing berisi sekitar dua puluh empat kaki kawat tembaga, tebal satu dua puluh inci. Gulungan diisolasi dari besi dan dari satu sama lain ... menempati sekitar sembilan inci di sepanjang cincin Mereka dapat digunakan secara tunggal dan dalam kombinasi, ini kelompok ditunjuk A. Di bagian lain dari cincin itu dililit dengan cara yang sama sekitar enam puluh kaki kawat tembaga menjadi dua bagian, yang membentuk spiral B, memiliki arah yang sama dengan spiral A, tetapi terpisah dari mereka di setiap ujung sekitar setengah inci dengan besi telanjang.

Spiral B terhubung kabel tembaga dengan galvanometer yang ditempatkan pada jarak tiga kaki dari besi. Kumparan terpisah dihubungkan ujung ke ujung sehingga membentuk spiral yang sama, ujung-ujungnya dihubungkan ke baterai sepuluh pasang pelat empat inci persegi. Galvanometer segera bereaksi, dan jauh lebih kuat daripada yang diamati, seperti dijelaskan di atas, menggunakan spiral sepuluh kali lebih kuat, tetapi tanpa besi; namun, meskipun mempertahankan kontak, aksi itu berhenti. Ketika kontak dengan baterai dibuka, panah kembali menyimpang dengan kuat, tetapi dalam arah yang berlawanan dengan yang diinduksi dalam kasus pertama.

Faraday menyelidiki lebih lanjut efek besi dengan pengalaman langsung, memperkenalkan batang besi di dalam kumparan berongga, dalam hal ini "arus induksi memiliki efek yang sangat kuat pada galvanometer." "Tindakan serupa kemudian diperoleh dengan bantuan biasa magnet". Faraday menyebut tindakan ini induksi magnetoelektrik, dengan asumsi bahwa sifat induksi volta dan magnetoelektrik adalah sama.

Semua eksperimen yang dijelaskan merupakan isi dari bagian pertama dan kedua dari karya klasik Faraday " studi eksperimental pada listrik", dimulai pada 24 November 1831. Pada bagian ketiga dari seri ini, "Pada Keadaan Listrik Baru dari Materi," Faraday untuk pertama kalinya mencoba untuk menggambarkan sifat-sifat baru benda yang dimanifestasikan dalam induksi elektromagnetik. Dia menyebutnya ini properti ia menemukan "keadaan elektrotonik." Ini adalah benih pertama dari bidang ide, yang dibentuk kemudian oleh Faraday dan untuk pertama kalinya secara tepat dirumuskan oleh Maxwell. Bagian keempat dari seri pertama dikhususkan untuk menjelaskan fenomena Arago Faraday dengan tepat mengklasifikasikan fenomena ini sebagai fenomena induksi dan mencoba dengan bantuan fenomena ini untuk "memperoleh sumber listrik baru".Ketika piringan tembaga bergerak di antara kutub magnet, ia memperoleh arus dalam galvanometer menggunakan kontak geser. Ini adalah yang pertama Mesin dinamo. Faraday merangkum hasil eksperimennya dengan kata-kata berikut: "Dengan demikian ditunjukkan bahwa adalah mungkin untuk menciptakan arus listrik yang konstan dengan bantuan magnet biasa." Dari eksperimennya tentang induksi pada konduktor bergerak, Faraday menyimpulkan hubungan antara kutub magnet, konduktor bergerak, dan arah arus induksi, yaitu, "hukum yang mengatur produksi listrik dengan induksi magnetoelektrik." Sebagai hasil dari penelitiannya, Faraday menemukan bahwa "kemampuan untuk menginduksi arus memanifestasikan dirinya dalam lingkaran di sekitar resultan magnet atau sumbu gaya dengan cara yang persis sama seperti magnet yang terletak di sekitar lingkaran muncul di sekitar arus listrik dan dideteksi olehnya" *.

* (M.Faraday, Penelitian Eksperimental tentang Listrik, jilid I, Ed. AN SSSR, 1947, hal 57.)

Dengan kata lain, medan listrik pusaran muncul di sekitar fluks magnet bolak-balik, seperti halnya medan magnet pusaran muncul di sekitar arus listrik. Fakta mendasar ini digeneralisasikan oleh Maxwell dalam bentuk dua persamaan medan elektromagnetiknya.

Studi tentang fenomena induksi elektromagnetik, khususnya aksi induktif medan magnet bumi, juga dikhususkan untuk seri kedua "Penyelidikan", dimulai pada 12 Januari 1832. Seri ketiga, dimulai pada 10 Januari 1833, Faraday mengabdikan diri untuk membuktikan identitas berbagai macam listrik: elektrostatik, galvanik, hewan, magnetoelektrik (yaitu, diperoleh melalui induksi elektromagnetik). Faraday sampai pada kesimpulan bahwa listrik diterima cara yang berbeda, secara kualitatif sama, perbedaan tindakan hanya kuantitatif. Ini adalah pukulan terakhir untuk konsep berbagai "cairan" resin dan listrik kaca, galvanisme, listrik hewan. Listrik ternyata merupakan entitas tunggal, tetapi kutub.

Seri kelima Investigasi Faraday, dimulai pada 18 Juni 1833, sangat penting.Di sini Faraday memulai studinya tentang elektrolisis, yang membawanya pada penetapan hukum terkenal yang menyandang namanya. Studi ini dilanjutkan pada seri ketujuh, yang dimulai pada 9 Januari 1834. Pada seri terakhir ini, Faraday mengajukan terminologi baru: ia mengusulkan untuk menyebut kutub yang memasok arus ke elektrolit. elektroda, panggil elektroda positif anoda, dan negatifnya katoda, partikel materi yang disimpan pergi ke anoda yang dia sebut anion, dan partikel menuju katoda - kation. Selanjutnya, dia memiliki persyaratan elektrolit untuk zat yang dapat terurai, ion dan ekuivalen elektrokimia. Semua istilah ini dipegang teguh dalam sains. Faraday menarik kesimpulan yang benar dari hukum yang dia temukan bahwa seseorang dapat berbicara tentang beberapa kuantitas mutlak listrik yang terkait dengan atom-atom materi biasa. “Meskipun kita tidak tahu apa-apa tentang apa itu atom,” tulis Faraday, “kita tanpa sadar membayangkan beberapa partikel kecil yang muncul di benak kita ketika kita memikirkannya; namun, dalam ketidaktahuan yang sama atau bahkan lebih besar, kita relatif terhadap listrik, kita bahkan tidak dapat mengatakan apakah itu materi atau materi khusus, atau hanya pergerakan materi biasa, atau jenis gaya atau agen lain; namun, ada sejumlah besar fakta yang membuat kita berpikir bahwa atom materi entah bagaimana diberkahi dengan atau terhubung dengan kekuatan listrik, dan kepada mereka mereka berutang kualitas yang paling luar biasa, termasuk afinitas kimia mereka satu sama lain.

* (M.Faraday, Penelitian Eksperimental tentang Listrik, jilid I, Ed. AN SSSR, 1947, hal 335.)

Dengan demikian, Faraday dengan jelas mengungkapkan gagasan "elektrifikasi" materi, struktur atom listrik, dan atom listrik, atau, seperti yang dikatakan Faraday, "jumlah absolut listrik," ternyata "sebagaimana ditentukan dalam tindakannya, seperti apapun jumlah tersebut yang, tetap terhubung dengan partikel materi, memberi tahu mereka tentang afinitas kimia. Dasar muatan listrik, seperti yang ditunjukkan pengembangan lebih lanjut fisika, memang dapat ditentukan dari hukum Faraday.

Seri kesembilan "Investigasi" Faraday sangat penting. Seri ini, yang dimulai pada 18 Desember 1834, membahas fenomena induksi diri, arus ekstra penutupan dan pembukaan. Faraday menunjukkan dalam menggambarkan fenomena ini bahwa meskipun mereka memiliki fitur kelembaman, namun, fenomena induksi diri dibedakan dari kelembaman mekanis oleh fakta bahwa mereka bergantung pada formulir konduktor. Faraday mencatat bahwa "arus ekstra identik dengan ... arus induksi" * . Alhasil, Faraday punya gambaran tentang arti proses induksi yang sangat luas. Dalam seri kesebelas penyelidikannya, yang dimulai pada 30 November 1837, ia menyatakan: "Induksi memainkan peran paling umum dalam semua fenomena listrik, berpartisipasi, tampaknya, di masing-masing dari mereka, dan pada kenyataannya menyandang ciri-ciri awal yang pertama dan esensial "**. Secara khusus, menurut Faraday, setiap proses pengisian adalah proses induksi, bias muatan berlawanan: "zat tidak dapat diisi secara mutlak, tetapi hanya relatif, menurut hukum yang identik dengan induksi. Setiap muatan didukung oleh induksi. Semua fenomena tegangan termasuk awal induksi" ***. Arti dari pernyataan Faraday ini adalah bahwa setiap medan listrik ("fenomena tegangan" - dalam terminologi Faraday) harus disertai dengan proses induksi dalam medium ("perpindahan" - dalam istilah Maxwell kemudian terminologi) Proses ini ditentukan oleh sifat-sifat medium, "induktansi" dalam terminologi Faraday, atau "permitivitas" dalam terminologi modern. Pengalaman Faraday dengan kapasitor bola menentukan permitivitas sejumlah zat sehubungan dengan udara. Ini eksperimen memperkuat Faraday dalam gagasan tentang peran penting medium dalam proses elektromagnetik.

* (M.Faraday, Penelitian Eksperimental tentang kelistrikan, jilid I, Ed. AN SSSR, 1947, hal 445.)

** (M.Faraday, Penelitian Eksperimental tentang kelistrikan, jilid I, Ed. AN SSSR, 1947, hal 478.)

*** (M.Faraday, Penelitian Eksperimental tentang kelistrikan, jilid I, Ed. AN SSSR, 1947, hal 487.)

Hukum induksi elektromagnetik dikembangkan secara signifikan oleh fisikawan Rusia dari Akademi St. Petersburg Emil Khristianovich Lenzo(1804-1865). Pada tanggal 29 November 1833, Lenz melaporkan ke Academy of Sciences penelitiannya "Dalam menentukan arah arus galvanik yang dieksitasi oleh induksi elektrodinamik." Lenz menunjukkan bahwa induksi magnetoelektrik Faraday berkaitan erat dengan gaya elektromagnetik Ampere. Proposisi di mana fenomena magnetoelektrik direduksi menjadi elektromagnetik adalah sebagai berikut: jika konduktor logam bergerak di sekitar arus galvanik atau magnet, maka arus galvanik tereksitasi di dalamnya sedemikian rupa sehingga jika konduktor ini diam, maka arus dapat menyebabkannya bergerak ke arah yang berlawanan; diasumsikan bahwa penghantar yang diam hanya dapat bergerak dalam arah gerak atau berlawanan arah" * .

* (E.X.Lenz, Karya Terpilih, Ed. AN SSSR, 1950, hlm. 148-149.)

Prinsip Lenz ini mengungkapkan energi dari proses induksi dan memainkan peran penting dalam karya Helmholtz dalam menetapkan hukum kekekalan energi. Lenz sendiri berasal dari aturannya prinsip reversibilitas yang terkenal dalam teknik elektro mesin elektromagnetik: jika Anda memutar kumparan di antara kutub magnet, itu menghasilkan arus; sebaliknya, jika arus dikirim ke sana, ia akan berputar. Motor listrik dapat diubah menjadi generator dan sebaliknya. Mempelajari aksi mesin magnetoelektrik, Lenz menemukan pada tahun 1847 reaksi jangkar.

Pada tahun 1842-1843. Lenz menghasilkan studi klasik "Pada hukum pembangkitan panas oleh arus galvanik" (dilaporkan pada 2 Desember 1842, diterbitkan pada tahun 1843), yang ia mulai jauh sebelum eksperimen serupa Joule (pesan Joule muncul pada Oktober 1841) dan dilanjutkan olehnya meskipun publikasi Joule, "karena eksperimen yang terakhir mungkin bertemu dengan beberapa keberatan yang dibenarkan, seperti yang telah ditunjukkan oleh rekan kami, Tuan Akademisi Hess" * . Lenz mengukur besarnya arus dengan bantuan kompas tangen, perangkat yang ditemukan oleh profesor Helsingfors Johann Nerwander (1805-1848), dan di bagian pertama pesannya mengeksplorasi perangkat ini. Di bagian kedua "Pelepasan panas dalam kabel", dilaporkan pada 11 Agustus 1843, ia sampai pada hukumnya yang terkenal:

"
1. Pemanasan kawat oleh arus galvanik sebanding dengan resistansi kawat.
2. Pemanasan kawat oleh arus galvanik sebanding dengan kuadrat arus yang digunakan untuk pemanasan "**.

* (E.X.Lenz, Karya Terpilih, Ed. AN SSSR, 1950, hal 361.)

** (E.X.Lenz, Karya Terpilih, Ed. AN SSSR, 1950, hal 441.)

Hukum Joule-Lenz memainkan peran penting dalam menetapkan hukum kekekalan energi. Seluruh perkembangan ilmu fenomena listrik dan magnet mengarah pada gagasan kesatuan kekuatan alam, ke gagasan konservasi "kekuatan" ini.

Hampir bersamaan dengan Faraday, seorang fisikawan Amerika mengamati induksi elektromagnetik. Joseph Henry(1797-1878). Henry membuat elektromagnet besar (1828) yang, didukung oleh sel galvanik resistansi rendah, mendukung beban 2.000 pon. Faraday menyebutkan elektromagnet ini dan menunjukkan bahwa dengan bantuannya dimungkinkan untuk mendapatkan percikan yang kuat saat dibuka.

Henry untuk pertama kalinya (1832) mengamati fenomena self-induction, dan prioritasnya ditandai dengan nama unit self-induction "henry".

Pada tahun 1842 Henry mendirikan karakter osilasi pelepasan toples Leiden. Jarum kaca tipis yang digunakannya untuk menyelidiki fenomena ini dimagnetisasi dengan polaritas yang berbeda, sedangkan arah pelepasannya tetap tidak berubah. “Pelepasan, apa pun sifatnya,” Henry menyimpulkan, “tidak direpresentasikan (menggunakan teori Franklin. - P. K.) sebagai transfer tunggal fluida tak berbobot dari satu pelat ke pelat lain; fenomena yang ditemukan membuat kita mengakui keberadaan pelepasan utama dalam satu arah, dan kemudian beberapa gerakan mundur dan maju yang aneh, masing-masing lebih lemah dari yang terakhir, terus berlanjut sampai keseimbangan tercapai.

Fenomena induksi menjadi tema utama dalam penelitian fisik. Pada tahun 1845 seorang fisikawan Jerman Franz Neumann(1798-1895) memberikan ekspresi matematika hukum induksi, meringkas penelitian Faraday dan Lenz.

Gaya gerak listrik induksi dinyatakan oleh Neumann sebagai turunan waktu dari beberapa fungsi yang menginduksi arus, dan konfigurasi timbal balik dari arus yang berinteraksi. Neumann menyebut fungsi ini potensial elektrodinamik. Dia juga menemukan ekspresi untuk koefisien induksi timbal balik. Dalam esainya "On the Conservation of Force" pada tahun 1847, Helmholtz menurunkan ekspresi Neumann untuk hukum induksi elektromagnetik dari pertimbangan energi. Dalam esai yang sama, Helmholtz mengklaim bahwa pelepasan kapasitor adalah "bukan ... gerakan sederhana listrik dalam satu arah, tetapi ... alirannya dalam satu arah atau yang lain antara dua pelat dalam bentuk osilasi yang menjadi semakin kecil dan semakin kecil, sampai akhirnya semua kekuatan hidup dihancurkan oleh jumlah perlawanan.

Pada tahun 1853 William Thomson(1824-1907) memberi teori matematika pelepasan osilasi kapasitor dan menetapkan ketergantungan periode osilasi pada parameter sirkuit osilasi(rumus Thompson).

Pada tahun 1858 P. Blaserna(1836-1918) mengambil kurva resonansi eksperimental dari osilasi listrik, mempelajari aksi sirkuit penginduksi pelepasan yang mengandung bank kapasitor dan konduktor penutup ke sirkuit samping, dengan panjang variabel konduktor induksi. Pada tahun 1858 yang sama Wilhelm Feddersen(1832-1918) mengamati pelepasan percikan dari tabung Leyden di cermin yang berputar, dan pada tahun 1862 ia memotret gambar pelepasan percikan di cermin yang berputar. Dengan demikian, sifat osilasi pelepasan ditetapkan dengan sangat jelas. Pada saat yang sama, rumus Thomson diuji secara eksperimental. Jadi, selangkah demi selangkah, doktrin tentang fluktuasi listrik, merupakan landasan ilmiah teknik elektro arus bolak-balik dan teknik radio.

Sejarah penemuan induksi elektromagnetik. Penemuan Hans Christian Oersted dan André Marie Ampre menunjukkan bahwa listrik memiliki gaya magnet. Pengaruh fenomena magnet terhadap fenomena listrik ditemukan oleh Michael Faraday. Hans Christian Oersted André Marie Ampere

Michael Faraday () "Ubah magnetisme menjadi listrik," tulisnya dalam buku hariannya pada tahun 1822. Fisikawan Inggris, pendiri teori medan elektromagnetik, anggota kehormatan asing dari Akademi Ilmu Pengetahuan St. Petersburg (1830).

Deskripsi eksperimen Michael Faraday balok kayu luka dua kabel tembaga. Salah satu kabel terhubung ke galvanometer, yang lain ke baterai yang kuat. Ketika sirkuit ditutup, aksi yang tiba-tiba tetapi sangat lemah diamati pada galvanometer, dan aksi yang sama terlihat ketika arus dihentikan. Dengan aliran arus yang terus menerus melalui salah satu spiral, tidak mungkin mendeteksi penyimpangan jarum galvanometer

Deskripsi Eksperimen Michael Faraday Eksperimen lain terdiri dari perekaman lonjakan arus pada ujung koil di mana magnet permanen dimasukkan. Faraday menyebut semburan seperti itu sebagai "gelombang listrik"

EMF induksi EMF induksi, yang menyebabkan ledakan arus ("gelombang listrik"), tidak bergantung pada besarnya fluks magnet, tetapi pada laju perubahannya.

1. Tentukan arah garis induksi medan luar B (meninggalkan N dan masuk ke S). 2. Tentukan apakah fluks magnet yang melalui rangkaian bertambah atau berkurang (jika magnet didorong masuk ke dalam ring, maka > 0, jika ditarik keluar, maka 0, jika ditarik keluar, maka 0, jika ditarik keluar, maka 0, jika ditarik keluar, maka 0 , jika diperpanjang, maka
3. Tentukan arah garis induksi medan magnet B yang ditimbulkan oleh arus induktif (jika F>0, maka garis B dan B berlawanan arah; jika F 0, maka garis B dan B searah berlawanan arah; jika F 0, maka garis B dan B berlawanan arah; jika 0, maka garis B dan B berlawanan arah; jika 0, maka garis B dan B berlawanan arah; jika

Soal Merumuskan hukum induksi elektromagnetik. Siapa pendiri undang-undang ini? Apa yang dimaksud dengan arus induksi dan bagaimana menentukan arahnya? Apa yang menentukan besarnya EMF induksi? Prinsip operasi perangkat listrik mana yang didasarkan pada hukum induksi elektromagnetik?

Induksi elektromagnetik- ini adalah fenomena yang terdiri dari terjadinya arus listrik dalam konduktor tertutup sebagai akibat dari perubahan medan magnet di mana ia berada. Fenomena ini ditemukan oleh fisikawan Inggris M. Faraday pada tahun 1831. Esensinya dapat dijelaskan dengan beberapa eksperimen sederhana.

Dijelaskan dalam eksperimen Faraday menerima prinsip arus bolak-balik digunakan dalam generator induksi menghasilkan energi listrik di pembangkit listrik termal atau hidroelektrik. Hambatan putaran rotor generator, yang terjadi ketika arus induksi berinteraksi dengan medan magnet, diatasi karena pengoperasian turbin uap atau hidrolik yang memutar rotor. Generator semacam itu mengubah energi mekanik menjadi energi listrik .

Arus eddy, atau arus Foucault

Jika sebuah konduktor masif ditempatkan dalam medan magnet bolak-balik, maka pada konduktor ini, karena fenomena induksi elektromagnetik, timbul arus induksi eddy, yang disebut Arus Foucault.

Arus pusaran air juga muncul ketika konduktor masif bergerak dalam medan magnet yang konstan, tetapi tidak homogen di ruang angkasa. Arus Foucault memiliki arah sedemikian rupa sehingga gaya yang bekerja padanya dalam medan magnet memperlambat pergerakan konduktor. Sebuah bandul berupa pelat logam padat yang terbuat dari bahan non-magnetik, yang terombang-ambing di antara kutub-kutub elektromagnet, berhenti tiba-tiba ketika medan magnet dihidupkan.

Dalam banyak kasus, pemanasan yang disebabkan oleh arus Foucault ternyata berbahaya dan harus ditangani. Inti transformator, rotor motor listrik terbuat dari pelat besi terpisah yang dipisahkan oleh lapisan isolator yang mencegah perkembangan arus induksi besar, dan pelat itu sendiri terbuat dari paduan dengan resistivitas tinggi.

Medan elektromagnetik

Medan listrik yang diciptakan oleh muatan stasioner adalah statis dan bekerja pada muatan. DC menyebabkan munculnya medan magnet konstan waktu yang bekerja pada muatan dan arus yang bergerak. Listrik dan Medan gaya ada dalam hal ini secara independen satu sama lain.

Fenomena induksi elektromagnetik menunjukkan interaksi medan-medan ini, yang diamati pada zat di mana ada muatan bebas, yaitu, dalam konduktor. Medan magnet bolak-balik menciptakan medan listrik bolak-balik, yang bekerja pada muatan bebas, menciptakan arus listrik. Arus ini, yang bolak-balik, pada gilirannya menghasilkan medan magnet bolak-balik, yang menciptakan medan listrik di konduktor yang sama, dll.

Kombinasi medan listrik bolak-balik dan medan magnet bolak-balik yang saling menghasilkan disebut medan elektromagnetik . Itu juga bisa ada di media di mana tidak ada biaya gratis, dan menyebar di ruang angkasa dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

klasik elektrodinamika- satu dari pencapaian tertinggi pikiran manusia. Dia memiliki dampak besar pada perkembangan selanjutnya peradaban manusia, memprediksi keberadaan gelombang elektromagnetik. Ini kemudian mengarah pada penciptaan radio, televisi, sistem telekomunikasi, navigasi satelit, serta komputer, robot industri dan domestik, dan atribut lain dari kehidupan modern.

landasan teori Maxwell adalah pernyataan bahwa hanya medan listrik bolak-balik yang dapat berfungsi sebagai sumber medan magnet, hanya sebagai sumber Medan listrik, menciptakan arus induktif dalam konduktor, adalah medan magnet bolak-balik. Kehadiran konduktor dalam hal ini tidak perlu - medan listrik juga muncul di ruang kosong. Garis-garis medan listrik bolak-balik, mirip dengan garis-garis medan magnet, ditutup. Medan listrik dan magnet dari gelombang elektromagnetik adalah sama.

Induksi elektromagnetik dalam diagram dan tabel