>> Apertura induzione elettromagnetica

Capitolo 2. INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

Finora abbiamo considerato i campi elettrici e magnetici che non cambiano nel tempo. Si è scoperto che il campo elettrostatico è creato da particelle cariche immobili e il campo magnetico è creato da quelle in movimento, cioè la corrente elettrica. Ora conosciamo i campi elettrici e magnetici, che cambiano nel tempo.

Maggior parte fatto importante, che è stato scoperto, è la relazione più stretta tra campi elettrici e magnetici. Si è scoperto che si genera un campo magnetico variabile nel tempo campo elettrico, e il campo elettrico variabile è magnetico. Senza questa connessione tra i campi, la varietà delle manifestazioni delle forze elettromagnetiche non sarebbe così ampia come si osserva effettivamente. Non ci sarebbero onde radio o luce.

§ 8 SCOPERTA DELL'INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

Nel 1821 M. Faraday scrisse nel suo diario: "Trasforma il magnetismo in elettricità". Dopo 10 anni, questo problema è stato risolto da lui.

Non è un caso che il primo passo decisivo nella scoperta di nuove proprietà delle interazioni elettromagnetiche è stato fatto dal fondatore delle idee sul campo elettromagnetico M. Faraday, che era fiducioso nella natura unificata dell'elettricità e fenomeni magnetici. Grazie a ciò fece una scoperta che divenne la base per la progettazione dei generatori di tutte le centrali elettriche del mondo, che convertono l'energia meccanica in energia elettrica. (Fonti che operano su altri principi: celle galvaniche, batterie, ecc., forniscono una frazione insignificante dell'energia elettrica generata.)

La corrente elettrica, ha affermato M. Faraday, è in grado di magnetizzare un pezzo di ferro. Un magnete a sua volta può generare una corrente elettrica? A lungo non è stato possibile trovare questa connessione. Era difficile pensare alla cosa principale, ovvero: un magnete in movimento, o un campo magnetico che cambia nel tempo, può eccitare elettricità in una bobina.

Che tipo di incidenti potrebbero impedire la scoperta, mostra il fatto seguente. Quasi contemporaneamente a Faraday, il fisico svizzero Colladon ha cercato di ottenere una corrente elettrica in una bobina usando un magnete. Nel corso del suo lavoro, ha utilizzato un galvanometro, il cui ago magnetico leggero era posto all'interno della bobina del dispositivo. In modo che il magnete non abbia un effetto diretto sulla freccia, le estremità della bobina, dove Colladon ha introdotto il magnete, sperando di ottenere una corrente al suo interno, sono state portate in stanza attigua e sono collegati ad un galvanometro. Dopo aver inserito il magnete nella bobina, Colladon andò nella stanza accanto e rimase deluso nell'essere convinto che il galvanometro non mostrasse corrente. Se solo potesse guardare continuamente il galvanometro e chiedere a qualcuno di lavorare sul magnete, si farebbe una scoperta straordinaria. Ma questo non è successo. Un magnete fermo rispetto a una bobina non provoca corrente in essa.

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Argomento della lezione:

Scoperta dell'induzione elettromagnetica. flusso magnetico.

Bersaglio: introdurre gli studenti al fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

Durante le lezioni

I. Momento organizzativo

II. Aggiornamento della conoscenza.

1. Indagine frontale.

• Qual è l'ipotesi di Ampère?
• Cos'è la permeabilità magnetica?
• Quali sostanze sono chiamate para e diamagneti?
• Cosa sono le ferriti?
• Dove vengono utilizzate le ferriti?
• Come fai a sapere che c'è un campo magnetico attorno alla Terra?
• Dove sono i poli magnetici nord e sud della Terra?
• Quali processi avvengono nella magnetosfera terrestre?
• Qual è la ragione dell'esistenza di un campo magnetico vicino alla Terra?

2. Analisi degli esperimenti.

Esperimento 1

L'ago magnetico sul supporto è stato portato all'estremità inferiore e poi all'estremità superiore del treppiede. Perché la freccia si gira verso l'estremità inferiore del treppiede da entrambi i lati con il polo sud e verso l'estremità superiore, l'estremità nord?(Tutti gli oggetti di ferro si trovano nel campo magnetico terrestre. Sotto l'influenza di questo campo, sono magnetizzati e la parte inferiore dell'oggetto rileva il polo magnetico nord e la parte superiore - il sud.)

Esperimento 2

In un grande tappo di sughero, fai una piccola scanalatura per un pezzo di filo. Immergi il tappo nell'acqua e metti il ​​​​filo sopra, posizionandolo lungo il parallelo. In questo caso, il filo, insieme al sughero, viene ruotato e installato lungo il meridiano. Come mai?(Il filo è stato magnetizzato ed è posizionato nel campo terrestre come un ago magnetico.)

III. Imparare nuovo materiale

Ci sono forze magnetiche tra le cariche elettriche in movimento. Le interazioni magnetiche sono descritte sulla base del concetto di un campo magnetico che esiste attorno alle cariche elettriche in movimento. I campi elettrici e magnetici sono generati dalle stesse fonti: cariche elettriche. Si può presumere che ci sia una connessione tra di loro.

Nel 1831, M. Faraday lo confermò sperimentalmente. Ha scoperto il fenomeno dell'induzione elettromagnetica (diapositive 1.2).

Esperimento 1

Colleghiamo il galvanometro alla bobina e lo faremo avanzare da esso magnete permanente. Osserviamo la deviazione dell'ago del galvanometro, è apparsa una corrente (induzione) (diapositiva 3).

La corrente nel conduttore si verifica quando il conduttore si trova nell'area del campo magnetico alternato (diapositiva 4-7).

Faraday rappresentava un campo magnetico alternato come un cambiamento nel numero di linee di forza che penetravano nella superficie delimitata da un dato contorno. Questo numero dipende dall'induzione A campo magnetico, dall'area del contorno S e il suo orientamento nel campo dato.

F \u003d BS cos a - flusso magnetico.

F [Wb] Weber (diapositiva 8)

La corrente di induzione può avere direzioni diverse, che dipendono dal fatto che il flusso magnetico che penetra nel circuito diminuisce o aumenta. La regola per determinare la direzione della corrente indotta è stata formulata nel 1833. E. X. Lenz.

Esperimento 2

Facciamo scorrere un magnete permanente in un anello di alluminio leggero. L'anello ne viene respinto e, una volta esteso, viene attratto dal magnete.

Il risultato non dipende dalla polarità del magnete. La repulsione e l'attrazione sono spiegate dalla comparsa di una corrente di induzione al suo interno.

Quando il magnete viene spinto all'interno, il flusso magnetico attraverso l'anello aumenta: la repulsione dell'anello in questo caso mostra che corrente di induzione in esso ha una tale direzione in cui il vettore di induzione del suo campo magnetico è opposto in direzione del vettore di induzione del campo magnetico esterno.

Regola di Lenz:

La corrente di induzione ha sempre una direzione tale che il suo campo magnetico impedisce qualsiasi variazione del flusso magnetico, provocando l'apparenza corrente di induzione(diapositiva 9).

IV. Svolgimento del lavoro di laboratorio

Lavoro di laboratorio sul tema "Verifica sperimentale della regola di Lenz"

Dispositivi e materiali:milliamperometro, bobina, magnete arcuato.

Processo lavorativo

1. Prepara un tavolo.

Con l'ingegnosa scoperta di Faraday inizia un nuovo periodo nello sviluppo della scienza fisica induzione elettromagnetica. Fu in questa scoperta che si manifestò chiaramente la capacità della scienza di arricchire la tecnologia con nuove idee. Già lo stesso Faraday prevedeva l'esistenza delle onde elettromagnetiche sulla base della sua scoperta. Il 12 marzo 1832 sigillò una busta con la scritta "New Views, ora da conservare in una busta sigillata negli archivi della Royal Society". Questa busta fu aperta nel 1938. Risultò che Faraday capiva abbastanza chiaramente che le azioni di induzione si propagano con una velocità finita in modo ondulatorio. "Ritengo possibile applicare la teoria delle oscillazioni alla propagazione dell'induzione elettrica", ha scritto Faraday. Allo stesso tempo, ha sottolineato che “la propagazione di un effetto magnetico richiede tempo, cioè quando un magnete agisce su un altro magnete lontano o su un pezzo di ferro, la causa influenzante (che mi permetterò di chiamare magnetismo) si diffonde dai corpi magnetici gradualmente e richiede un certo tempo per la sua propagazione che ovviamente risulterà molto piccolo.Ritengo inoltre che l'induzione elettrica si propaghi esattamente allo stesso modo.Ritengo che la propagazione delle forze magnetiche dal polo magnetico sia simile a l'oscillazione di una superficie d'acqua agitata, o vibrazioni sonore particelle d'aria.

Faraday capì l'importanza della sua idea e, non potendo sperimentarla sperimentalmente, decise con l'ausilio di questa busta "di assicurarsi la scoperta per sé stesso e, quindi, di avere il diritto, in caso di conferma sperimentale, di dichiarare tale data la data della sua scoperta». Quindi, il 12 marzo 1832, l'umanità venne per la prima volta all'idea dell'esistenza onde elettromagnetiche. Da questa data inizia la storia della scoperta Radio.

Ma la scoperta di Faraday sì importanza non solo nella storia della tecnologia. Ha avuto un enorme impatto sullo sviluppo della visione scientifica del mondo. Da questa scoperta entra in gioco la fisica nuovo oggetto - campo fisico. Quindi, la scoperta di Faraday appartiene a quelli fondamentali scoperte scientifiche che lasciano una traccia evidente nell'intera storia della cultura umana.

Rilegatore figlio del fabbro londinese nacque a Londra il 22 settembre 1791. Il brillante autodidatta non ebbe nemmeno la possibilità di finire scuola elementare e ha aperto la strada alla scienza stessa. Mentre studiava legatoria, leggeva libri, soprattutto di chimica esperimenti chimici. ascoltando conferenze pubbliche il famoso chimico Davy, finalmente convinto che la sua vocazione fosse la scienza, si rivolse a lui chiedendo di essere assunto al Royal Institute. Dal 1813, quando Faraday fu ammesso all'istituto come assistente di laboratorio, e fino alla sua morte (25 agosto 1867), visse nella scienza. Già nel 1821, quando Faraday ricevette la rotazione elettromagnetica, si prefisse l'obiettivo di "trasformare il magnetismo in elettricità". Dieci anni di ricerca e duro lavoro culminarono nella scoperta, il 29 agosto 1871, dell'induzione elettromagnetica.

"Duecentotre piedi di filo di rame in un unico pezzo furono avvolti su un grande tamburo di legno; altri duecentotre piedi dello stesso filo furono isolati a spirale tra le spire del primo avvolgimento, il contatto metallico essendo rimosso per mezzo di di una corda. Una di queste spirali era collegata ad un galvanometro, e l'altra ad una batteria ben carica di cento paia di piastre da quattro pollici quadrati, con doppie piastre di rame. Quando il contatto è stato effettuato, c'era un effetto temporaneo ma molto lieve sul galvanometro, e un effetto debole simile si è verificato quando è stato aperto il contatto con la batteria. Così Faraday descrisse la sua prima esperienza di induzione di correnti. Chiamò questo tipo di induzione voltaico-elettrica. Continua descrivendo la sua principale esperienza con l'anello di ferro, il prototipo del moderno trasformatore.

"Un anello è stato saldato da una barra rotonda di ferro dolce; lo spessore del metallo era di sette ottavi di pollice e il diametro esterno dell'anello era di sei pollici. Su una parte di questo anello erano avvolte tre spirali, ciascuna contenente circa ventiquattro piedi di filo di rame, uno spessore di un ventesimo di pollice. Le bobine erano isolate dal ferro e l'una dall'altra... occupando circa nove pollici lungo la lunghezza dell'anello Potevano essere usate singolarmente e in combinazione, questo il gruppo è designato A. Sull'altra parte dell'anello era avvolto allo stesso modo circa sessanta piedi di filo di rame in due pezzi, che formavano una spirale B, avente la stessa direzione delle spirali A, ma separata da esse a ciascuna estremità per circa mezzo pollice di ferro nudo.

Spirale B collegata fili di rame con galvanometro posto ad una distanza di tre piedi dal ferro. Bobine separate erano collegate da un capo all'altro in modo da formare una spirale comune, le cui estremità erano collegate a una batteria di dieci paia di piastre di quattro pollici quadrati. Il galvanometro reagì immediatamente, e molto più forte di quanto osservato, come sopra descritto, usando una spirale dieci volte più potente, ma senza ferro; tuttavia, nonostante il mantenimento dei contatti, l'azione è cessata. Quando il contatto con la batteria è stato aperto, la freccia ha nuovamente deviato fortemente, ma in direzione opposta a quella indotta nel primo caso.

Faraday ha ulteriormente studiato l'influenza del ferro per esperienza diretta, introducendo un'asta di ferro all'interno di una bobina cava, in questo caso "la corrente indotta ha avuto un effetto molto forte sul galvanometro". "Un'azione simile è stata poi ottenuta con l'aiuto dell'ordinario magneti". Faraday ha chiamato questa azione induzione magnetoelettrica, supponendo che la natura dell'induzione voltaica e magnetoelettrica sia la stessa.

Tutti gli esperimenti descritti costituiscono il contenuto della prima e della seconda sezione dell'opera classica di Faraday " Studi sperimentali sull'elettricità", iniziata il 24 novembre 1831. Nella terza sezione di questa serie "Sul nuovo stato elettrico della materia", Faraday cerca per la prima volta di descrivere le nuove proprietà dei corpi manifestate nell'induzione elettromagnetica. Chiama questa proprietà scoprì lo "stato elettrotonico". Questo è il primo germe del campo delle idee, formato in seguito da Faraday e per la prima volta formulato con precisione da Maxwell. La quarta sezione della prima serie è dedicata alla spiegazione del fenomeno di Arago. Faraday classifica correttamente questo fenomeno come un fenomeno di induzione e cerca con l'aiuto di questo fenomeno di "ottenere una nuova fonte di elettricità". Quando un disco di rame si muove tra i poli di un magnete, ottiene corrente in un galvanometro utilizzando contatti striscianti. il primo Macchina dinamo. Faraday riassume i risultati dei suoi esperimenti con le seguenti parole: "È stato così dimostrato che è possibile creare una corrente di elettricità costante con l'aiuto di un normale magnete". Dai suoi esperimenti sull'induzione in conduttori mobili, Faraday dedusse la relazione tra il polo di un magnete, il conduttore mobile, e la direzione della corrente indotta, cioè "la legge che governa la produzione di elettricità per induzione magnetoelettrica". Come risultato della sua ricerca, Faraday ha scoperto che "la capacità di indurre correnti si manifesta in un cerchio attorno alla risultante magnetica o all'asse della forza esattamente nello stesso modo in cui il magnetismo situato attorno a un cerchio sorge attorno a una corrente elettrica e viene rilevato da essa" *.

* (M. Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, vol.I, ed. AN SSSR, 1947, pagina 57.)

In altre parole, un campo elettrico a vortice sorge attorno a un flusso magnetico alternato, proprio come un campo magnetico a vortice sorge attorno a una corrente elettrica. Questo fatto fondamentale è stato generalizzato da Maxwell nella forma delle sue due equazioni del campo elettromagnetico.

Lo studio dei fenomeni di induzione elettromagnetica, in particolare dell'azione induttiva del campo magnetico terrestre, è dedicato anche alla seconda serie di "Indagini", iniziata il 12 gennaio 1832. La terza serie, iniziata il 10 gennaio 1833, Faraday si dedica a dimostrare l'identità vari tipi elettricità: elettrostatica, galvanica, animale, magnetoelettrica (ossia ottenuta per induzione elettromagnetica). Faraday è giunto alla conclusione che l'elettricità ha ricevuto diversi modi, qualitativamente uguale, la differenza di azioni è solo quantitativa. Questo è stato il colpo di grazia al concetto di vari "fluidi" di resina e vetro elettricità, galvanismo, elettricità animale. L'elettricità si è rivelata un'entità singola, ma polare.

Molto importante è la quinta serie delle "Indagini" di Faraday, iniziata il 18 giugno 1833. Qui Faraday inizia le sue indagini sull'elettrolisi, che lo portano all'istituzione delle famose leggi che portano il suo nome. Questi studi furono continuati nella settima serie, iniziata il 9 gennaio 1834. In quest'ultima serie Faraday propone una nuova terminologia: propone di chiamare i poli che forniscono corrente all'elettrolita elettrodi, chiama l'elettrodo positivo anodo, e il negativo catodo, particelle di materia depositata che vanno all'anodo che chiama anioni, e le particelle che vanno al catodo - cationi. Inoltre, possiede i termini elettrolita per sostanze degradabili, ioni e equivalenti elettrochimici. Tutti questi termini sono saldamente tenuti nella scienza. Faraday trae la conclusione corretta dalle leggi che ha scoperto che si può parlare di alcune quantità assoluta elettricità associata agli atomi della materia ordinaria. "Sebbene non sappiamo nulla di cosa sia un atomo", scrive Faraday, "immaginiamo involontariamente qualche piccola particella che appare alla nostra mente quando ci pensiamo; tuttavia, nella stessa o anche maggiore ignoranza siamo relativi all'elettricità, siamo nemmeno in grado di dire se si tratti di una o più materie speciali, o semplicemente del movimento della materia ordinaria, o di un altro tipo di forza o agente; tuttavia, c'è un numero enorme di fatti che ci fanno pensare che gli atomi della materia siano in qualche modo dotati o collegati di forze elettriche, e ad esse devono le loro qualità più notevoli, inclusa la loro affinità chimica l'una con l'altra.

* (M. Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, vol.I, ed. AN SSSR, 1947, pagina 335.)

Così, Faraday ha espresso chiaramente l'idea di "elettrificazione" della materia, struttura atomica elettricità, e l'atomo di elettricità, o, come dice Faraday, "la quantità assoluta di elettricità", risulta essere "come determinato nella sua azione, come uno qualsiasi di quelle quantità che, restando in contatto con le particelle di materia, le informano della loro affinità chimica. Elementare carica elettrica, come mostrato ulteriori sviluppi fisica, può infatti essere determinato dalle leggi di Faraday.

La nona serie delle "Indagini" di Faraday fu di grande importanza. Questa serie, iniziata il 18 dicembre 1834, trattava i fenomeni di autoinduzione, extracorrenti di chiusura e di apertura. Faraday sottolinea nel descrivere questi fenomeni che pur avendo delle caratteristiche inerzia, tuttavia, il fenomeno dell'autoinduzione si distingue dall'inerzia meccanica per il fatto che da esse dipendono le forme conduttore. Faraday osserva che "la corrente extra è identica alla ... corrente indotta" * . Di conseguenza, Faraday ha avuto un'idea del significato molto ampio del processo di induzione. Nell'undicesima serie delle sue indagini, iniziata il 30 novembre 1837, afferma: "L'induzione gioca il ruolo più generale in tutto fenomeni elettrici, partecipando, apparentemente, a ciascuno di essi, e in realtà porta i tratti del primo ed essenziale inizio”**. In particolare, secondo Faraday, qualsiasi processo di addebito è un processo di induzione, pregiudizio cariche opposte: "le sostanze non possono essere caricate in modo assoluto, ma solo relativo, secondo una legge identica all'induzione. Ogni carica è supportata dall'induzione. Tutti i fenomeni voltaggio includere l'inizio delle induzioni" ***. Il significato di queste affermazioni di Faraday è che qualsiasi campo elettrico ("fenomeno di tensione" - nella terminologia di Faraday) è necessariamente accompagnato da un processo di induzione nel mezzo ("spostamento" - in Maxwell terminologia). Questo processo è determinato dalle proprietà del mezzo, la sua "induttanza" nella terminologia di Faraday, o "permittività" nella terminologia moderna. L'esperienza di Faraday con un condensatore sferico ha determinato la permittività di un certo numero di sostanze rispetto all'aria. Questi gli esperimenti hanno rafforzato Faraday nell'idea del ruolo essenziale del mezzo nei processi elettromagnetici.

* (M. Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, vol.I, ed. AN SSSR, 1947, pagina 445.)

** (M. Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, vol.I, ed. AN SSSR, 1947, pagina 478.)

*** (M. Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, vol.I, ed. AN SSSR, 1947, pagina 487.)

La legge dell'induzione elettromagnetica è stata sviluppata in modo significativo dal fisico russo dell'Accademia di San Pietroburgo Emil Khristianovich Lenz(1804-1865). Il 29 novembre 1833 Lenz riferì all'Accademia delle scienze la sua ricerca "Sulla determinazione della direzione delle correnti galvaniche eccitate dall'induzione elettrodinamica". Lenz ha mostrato che l'induzione magnetoelettrica di Faraday è strettamente correlata alle forze elettromagnetiche di Ampère. "La proposizione per cui il fenomeno magnetoelettrico si riduce a quello elettromagnetico è la seguente: se un conduttore metallico si muove in prossimità di una corrente galvanica o di un magnete, allora in esso viene eccitata una corrente galvanica in una direzione tale che se questo conduttore fosse fermo, la corrente potrebbe farlo muovere nella direzione opposta; si presume che il conduttore a riposo possa muoversi solo nel senso del moto o in senso opposto" * .

* (E. X. Lenz, Opere selezionate, ed. AN SSSR, 1950, pp. 148-149.)

Questo principio di Lenz rivela l'energia dei processi di induzione e ha svolto un ruolo importante nel lavoro di Helmholtz per stabilire la legge di conservazione dell'energia. Lo stesso Lenz derivò dalla sua regola il noto principio della reversibilità in ingegneria elettrica macchine elettromagnetiche: se si ruota la bobina tra i poli del magnete si genera una corrente; al contrario, se gli viene inviata una corrente, ruoterà. Un motore elettrico può essere trasformato in un generatore e viceversa. Studiando l'azione delle macchine magnetoelettriche, Lenz scopre nel 1847 la reazione dell'armatura.

Nel 1842-1843. Lenz produsse un classico studio "Sulle leggi della generazione di calore per corrente galvanica" (riportato il 2 dicembre 1842, pubblicato nel 1843), che iniziò molto prima degli esperimenti simili di Joule (il messaggio di Joule apparve nell'ottobre 1841) e da lui proseguito nonostante la pubblicazione Joule, "poiché gli esperimenti di quest'ultimo possono incontrare alcune giustificate obiezioni, come è già stato mostrato dal nostro collega, l'Accademico Hess" * . Lenz misura l'intensità della corrente utilizzando una bussola tangente, un dispositivo inventato dal professore di Helsingfort Johann Nerwander (1805-1848), e nella prima parte del suo messaggio studia questo dispositivo. Nella seconda parte de "Il rilascio di calore nei fili", riportato l'11 agosto 1843, arriva alla sua famosa legge:

"
1. Il riscaldamento del filo mediante corrente galvanica è proporzionale alla resistenza del filo.
2. Il riscaldamento del filo da parte di una corrente galvanica è proporzionale al quadrato della corrente utilizzata per il riscaldamento "**.

* (E. X. Lenz, Opere selezionate, ed. AN SSSR, 1950, pagina 361.)

** (E. X. Lenz, Opere selezionate, ed. AN SSSR, 1950, pagina 441.)

La legge di Joule-Lenz ha svolto un ruolo importante nello stabilire la legge di conservazione dell'energia. L'intero sviluppo della scienza dei fenomeni elettrici e magnetici ha portato all'idea dell'unità delle forze della natura, all'idea della conservazione di queste "forze".

Quasi contemporaneamente a Faraday, un fisico americano osservò l'induzione elettromagnetica. Giuseppe Enrico(1797-1878). Henry realizzò un grande elettromagnete (1828) che, alimentato da una cella galvanica a bassa resistenza, sosteneva un carico di 2.000 libbre. Faraday cita questo elettromagnete e indica che con il suo aiuto è possibile ottenere una forte scintilla quando viene aperto.

Henry per la prima volta (1832) osservò il fenomeno dell'autoinduzione e la sua priorità è contrassegnata dal nome dell'unità di autoinduzione "henry".

Nel 1842 fondò Henry carattere oscillatorio scarico di un vaso di Leida. Il sottile ago di vetro con cui indagò questo fenomeno venne magnetizzato con diverse polarità, mentre la direzione della scarica rimase invariata. “La scarica, qualunque sia la sua natura”, conclude Henry, “non è rappresentata (usando la teoria di Franklin. - P.K.) come un unico trasferimento di un fluido senza peso da una lastra all'altra; il fenomeno scoperto ci fa ammettere l'esistenza della scarica principale in una direzione, e poi diversi strani movimenti avanti e indietro, ciascuno più debole dell'ultimo, che continuano fino a raggiungere l'equilibrio.

I fenomeni di induzione diventano il tema principale ricerca fisica. Nel 1845 un fisico tedesco Franz Neumann(1798-1895) diede un'espressione matematica legge dell'induzione, riassumendo la ricerca di Faraday e Lenz.

La forza elettromotrice di induzione è stata espressa da Neumann come la derivata temporale di qualche funzione che induce la corrente e la configurazione reciproca delle correnti interagenti. Neumann chiamò questa funzione potenziale elettrodinamico. Ha anche trovato un'espressione per il coefficiente di induzione reciproca. Nel suo saggio "Sulla conservazione della forza" nel 1847, Helmholtz trae l'espressione di Neumann per la legge dell'induzione elettromagnetica da considerazioni sull'energia. Nello stesso saggio, Helmholtz afferma che la scarica di un condensatore "non è... un semplice movimento di elettricità in una direzione, ma... il suo flusso in una direzione o nell'altra tra due piastre sotto forma di oscillazioni che diventano sempre più piccoli e sempre meno, finché alla fine tutta la forza vivente è distrutta dalla somma delle resistenze.

Nel 1853 William Thomson(1824-1907) diede teoria matematica scarica oscillatoria del condensatore e ha stabilito la dipendenza del periodo di oscillazione dai parametri circuito oscillatorio(formula di Thomson).

Nel 1858 P. Blaserna(1836-1918) eseguì una curva sperimentale di risonanza delle oscillazioni elettriche, studiando l'azione di un circuito di induzione della scarica contenente un banco di condensatori e conduttori di chiusura ad un circuito laterale, con una lunghezza variabile del conduttore indotto. Nello stesso 1858 Guglielmo Feddersen(1832-1918) osservò la scarica di scintille di una bottiglia di Leida in uno specchio rotante e nel 1862 fotografò l'immagine di una scarica di scintille in uno specchio rotante. Pertanto, la natura oscillatoria della scarica è stata stabilita con completa chiarezza. Allo stesso tempo, la formula di Thomson è stata verificata sperimentalmente. Così, passo dopo passo, la dottrina di fluttuazioni elettriche, costituendo la base scientifica dell'ingegneria elettrica delle correnti alternate e dell'ingegneria radiofonica.

La storia della scoperta dell'induzione elettromagnetica. Le scoperte di Hans Christian Oersted e André Marie Ampère hanno dimostrato che l'elettricità ha una forza magnetica. L'influenza dei fenomeni magnetici sui fenomeni elettrici è stata scoperta da Michael Faraday. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () "Trasforma il magnetismo in elettricità", scrisse nel suo diario nel 1822. Fisico inglese, fondatore della teoria del campo elettromagnetico, membro onorario straniero dell'Accademia delle scienze di San Pietroburgo (1830).

Descrizione degli esperimenti di Michael Faraday Blocco di legno ferita due fili di rame. Uno dei fili era collegato a un galvanometro, l'altro a una batteria potente. Alla chiusura del circuito si osservava un'azione improvvisa ma estremamente debole sul galvanometro, e la stessa azione si notava quando la corrente veniva interrotta. Con il continuo passaggio di corrente attraverso una delle spirali, non è stato possibile rilevare deviazioni dell'ago del galvanometro

Descrizione degli esperimenti di Michael Faraday Un altro esperimento consisteva nel registrare picchi di corrente ai capi di una bobina, all'interno della quale era inserito un magnete permanente. Faraday ha chiamato tali esplosioni "onde di elettricità"

CEM di induzione L'EMF di induzione, che provoca scoppi di corrente ("onde di elettricità"), non dipende dall'entità del flusso magnetico, ma dalla velocità della sua variazione.

1. Determinare la direzione delle linee di induzione del campo esterno B (escono da N ed entrano in S). 2. Determinare se il flusso magnetico attraverso il circuito aumenta o diminuisce (se il magnete viene spinto nell'anello, quindi Ф> 0, se viene estratto, quindi Ф 0, se viene estratto, quindi Ф 0, se viene estratta, quindi Ф 0, se viene estratta, quindi Ф 0 , se estesa, quindi Ф
3. Determinare la direzione delle linee di induzione del campo magnetico B creato dalla corrente induttiva (se F>0, le linee B e B sono dirette in direzioni opposte; se F 0, le linee B e B sono dirette in direzioni opposte; se F 0, allora le linee B e B sono dirette in direzioni opposte; se Ф 0, allora le linee B e B sono dirette in direzioni opposte; se Ф 0, allora le linee B e B sono dirette in direzioni opposte; se Ф

Domande Formulare la legge dell'induzione elettromagnetica. Chi è il fondatore di questa legge? Cos'è la corrente indotta e come determinarne la direzione? Cosa determina l'entità dell'EMF di induzione? Il principio di funzionamento di quali dispositivi elettrici si basa sulla legge dell'induzione elettromagnetica?

Induzione elettromagnetica- questo è un fenomeno che consiste nel verificarsi di una corrente elettrica in un conduttore chiuso a seguito di una variazione del campo magnetico in cui si trova. Questo fenomeno fu scoperto dal fisico inglese M. Faraday nel 1831. La sua essenza può essere spiegata con diversi semplici esperimenti.

Descritto negli esperimenti di Faraday principio ricevente corrente alternata utilizzato nella generazione di generatori a induzione energia elettrica nelle centrali termiche o idroelettriche. La resistenza alla rotazione del rotore del generatore, che si verifica quando la corrente di induzione interagisce con il campo magnetico, viene superata dal funzionamento di una turbina a vapore o idraulica che fa ruotare il rotore. Tali generatori convertire l'energia meccanica in energia elettrica .

Correnti parassite o correnti di Foucault

Se un conduttore massiccio viene posto in un campo magnetico alternato, allora in questo conduttore, a causa del fenomeno dell'induzione elettromagnetica, sorgono correnti parassite, chiamate correnti di Foucault.

correnti parassite sorgono anche quando un conduttore massiccio si muove in un campo magnetico costante ma disomogeneo nello spazio. Le correnti di Foucault hanno una direzione tale che la forza che agisce su di esse in un campo magnetico rallenta il movimento del conduttore. Un pendolo sotto forma di una solida piastra metallica di materiale non magnetico, che oscilla tra i poli di un elettromagnete, si ferma bruscamente quando il campo magnetico viene attivato.

In molti casi, il riscaldamento causato dalle correnti di Foucault si rivela dannoso e deve essere affrontato. I nuclei dei trasformatori, i rotori dei motori elettrici sono costituiti da piastre di ferro separate separate da strati di un isolante che impedisce lo sviluppo di grandi correnti di induzione e le piastre stesse sono realizzate con leghe ad alta resistività.

Campo elettromagnetico

Il campo elettrico creato dalle cariche stazionarie è statico e agisce sulle cariche. DC provoca la comparsa di un campo magnetico costante nel tempo che agisce su cariche e correnti in movimento. Elettrico e campo magnetico esistono in questo caso indipendentemente l'uno dall'altro.

Fenomeno induzione elettromagnetica dimostra l'interazione di questi campi, osservata nelle sostanze in cui sono presenti cariche libere, cioè nei conduttori. Un campo magnetico alternato crea un campo elettrico alternato che, agendo con cariche libere, crea una corrente elettrica. Questa corrente, essendo alternata, genera a sua volta un campo magnetico alternato, che crea un campo elettrico nello stesso conduttore, ecc.

Viene chiamata la combinazione di campi elettrici alternati e campi magnetici alternati che si generano a vicenda campo elettromagnetico . Può anche esistere in un mezzo in cui non ci sono costi gratuiti e si propaga nello spazio nella forma Onda elettromagnetica.

classico elettrodinamica- uno di risultati più alti mente umana. Ha avuto un enorme impatto sullo sviluppo successivo civilizzazione umana, predicendo l'esistenza di onde elettromagnetiche. Ciò in seguito ha portato alla creazione di radio, televisione, sistemi di telecomunicazione, navigazione satellitare, computer, robot industriali e domestici e altri attributi della vita moderna.

pietra angolare Le teorie di Maxwell era l'affermazione che solo un campo elettrico alternato può fungere da sorgente di un campo magnetico, proprio come una sorgente campo elettrico, creando una corrente induttiva nel conduttore, è un campo magnetico alternato. La presenza di un conduttore in questo caso non è necessaria: nello spazio vuoto si verifica anche un campo elettrico. Le linee di un campo elettrico alternato, analogamente alle linee di un campo magnetico, sono chiuse. I campi elettrico e magnetico di un'onda elettromagnetica sono uguali.

Induzione elettromagnetica in diagrammi e tabelle