>> Atklāšana elektromagnētiskā indukcija

2. nodaļa. ELEKTROMAGNĒTISKĀ INDUKCIJA

Līdz šim mēs esam apsvēruši elektriskos un magnētiskos laukus, kas laika gaitā nemainās. Konstatēts, ka elektrostatisko lauku rada nekustīgas lādētas daļiņas, bet magnētisko lauku – kustīgas, t.i., elektriskā strāva. Tagad iepazīsimies ar elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem, kas laika gaitā mainās.

Lielākā daļa svarīgs fakts, kas ir atklāts, ir visciešākā saistība starp elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem. Izrādījās, ka ģenerē laikā mainīgs magnētiskais lauks elektriskais lauks, un mainīgais elektriskais lauks ir magnētisks. Bez šīs saiknes starp laukiem elektromagnētisko spēku izpausmju daudzveidība nebūtu tik plaša, kā patiesībā tiek novērota. Nebūtu ne radioviļņu, ne gaismas.

8.§ ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS ATKLĀŠANA

1821. gadā M. Faradejs rakstīja savā dienasgrāmatā: "Pārvērtiet magnētismu elektrībā." Pēc 10 gadiem viņš šo problēmu atrisināja.

Nav nejaušība, ka pirmais izšķirošs solis jaunu elektromagnētiskās mijiedarbības īpašību atklāšanā izdarīja M. Faradejs, ideju par elektromagnētisko lauku pamatlicējs, kurš bija pārliecināts par elektrisko un magnētiskās parādības. Pateicoties tam, viņš veica atklājumu, kas kļuva par pamatu visu pasaules spēkstaciju ģeneratoru projektēšanai, pārvēršot mehānisko enerģiju elektriskās strāvas enerģijā. (Avoti, kas darbojas pēc citiem principiem: galvaniskie elementi, akumulatori utt., nodrošina nenozīmīgu daļu no saražotās elektriskās enerģijas.)

Elektriskā strāva, apgalvoja M. Faradejs, spēj magnetizēt dzelzs gabalu. Vai magnēts savukārt var izraisīt elektrisko strāvu? Ilgu laikušo savienojumu nevarēja atrast. Grūti bija izdomāt galveno, proti: kustīgs magnēts vai laikā mainīgs magnētiskais lauks var uzbudināt elektrība spolē.

Kādi negadījumi varētu novērst atklāšanu, liecina šāds fakts. Gandrīz vienlaikus ar Faradeju Šveices fiziķis Koladons mēģināja iegūt elektrisko strāvu spolē, izmantojot magnētu. Savā darbā viņš izmantoja galvanometru, kura gaismas magnētiskā adata tika ievietota ierīces spoles iekšpusē. Lai magnēts tieši neietekmētu bultu, spoles galus, kur Koladons ievietoja magnētu, cerot dabūt tajā strāvu, tika izvilkti ārā. blakus telpa un tie ir savienoti ar galvanometru. Ievietojis magnētu spolē, Koladons iegāja blakus istabā un bija vīlies, pārliecinājies, ka galvanometrs nerāda strāvu. Ja tikai viņš varētu visu laiku skatīties galvanometru un lūgt kādam strādāt pie magnēta, tiktu izdarīts ievērojams atklājums. Bet tas nenotika. Magnēts miera stāvoklī attiecībā pret spoli nerada tajā strāvu.

Nodarbības saturs nodarbības kopsavilkums atbalsta rāmis nodarbības prezentācijas akseleratīvas metodes interaktīvās tehnoloģijas Prakse uzdevumi un vingrinājumi pašpārbaudes darbnīcas, apmācības, lietas, uzdevumi mājasdarbi diskusijas jautājumi retoriski jautājumi no studentiem Ilustrācijas audio, video klipi un multivide fotogrāfijas, attēli, grafika, tabulas, shēmas, humors, anekdotes, joki, komiksi līdzības, teicieni, krustvārdu mīklas, citāti Papildinājumi tēzes raksti mikroshēmas zinātkāriem apkrāptu lapas mācību grāmatas pamata un papildu terminu glosārijs cits Mācību grāmatu un stundu pilnveidošanakļūdu labošana mācību grāmatā Inovācijas elementu fragmenta atjaunošana mācību grāmatā mācību stundā novecojušo zināšanu aizstāšana ar jaunām Tikai skolotājiem ideālas nodarbības kalendāra plāns uz gadu vadlīnijas diskusiju programmas Integrētās nodarbības

Nodarbības tēma:

Elektromagnētiskās indukcijas atklāšana. magnētiskā plūsma.

Mērķis: iepazīstināt skolēnus ar elektromagnētiskās indukcijas fenomenu.

Nodarbību laikā

I. Organizatoriskais moments

II. Zināšanu atjaunināšana.

1. Frontālā aptauja.

• Kāda ir Ampēra hipotēze?
• Kas ir magnētiskā caurlaidība?
• Kādas vielas sauc par para- un diamagnētiem?
• Kas ir ferīti?
• Kur tiek izmantoti ferīti?
• Kā zināt, ka ap Zemi ir magnētiskais lauks?
• Kur atrodas Zemes ziemeļu un dienvidu magnētiskie poli?
• Kādi procesi notiek Zemes magnetosfērā?
• Kāds ir iemesls magnētiskā lauka pastāvēšanai pie Zemes?

2. Eksperimentu analīze.

1. eksperiments

Magnētiskā adata uz statīva tika nogādāta statīva apakšējā un pēc tam augšējā galā. Kāpēc bultiņa pagriežas uz statīva apakšējo galu no abām pusēm ar dienvidu polu un uz augšējo galu - ziemeļu galu?(Visi dzelzs priekšmeti atrodas Zemes magnētiskajā laukā. Šī lauka ietekmē tie tiek magnetizēti, un objekta apakšējā daļa uztver ziemeļu magnētisko polu, bet augšējā - dienvidu.)

2. eksperiments

Lielā korķa aizbāznī izveidojiet nelielu rievu stieples gabalam. Nolaidiet korķi ūdenī un uzlieciet vadu uz augšu, novietojot to pa paralēli. Šajā gadījumā vads kopā ar korķi tiek pagriezts un uzstādīts gar meridiānu. Kāpēc?(Vads ir magnetizēts un ir novietots Zemes laukā kā magnētiska adata.)

III. Jauna materiāla apgūšana

Starp kustīgiem elektriskajiem lādiņiem pastāv magnētiski spēki. Magnētiskās mijiedarbības ir aprakstītas, pamatojoties uz magnētiskā lauka koncepciju, kas pastāv ap kustīgiem elektriskiem lādiņiem. Elektrisko un magnētisko lauku ģenerē vieni un tie paši avoti – elektriskie lādiņi. Var pieņemt, ka starp tām pastāv saikne.

1831. gadā M. Faradejs to eksperimentāli apstiprināja. Viņš atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu (1.2. slaidi).

1. eksperiments

Mēs savienojam galvanometru ar spoli, un mēs no tā virzīsimies uz priekšu pastāvīgais magnēts. Novērojam galvanometra adatas novirzi, ir parādījusies strāva (indukcija) (3. slaids).

Strāva vadītājā rodas, kad vadītājs atrodas mainīgā magnētiskā lauka zonā (4.-7. slaids).

Faradejs attēloja mainīgu magnētisko lauku kā izmaiņas spēka līniju skaitā, kas iekļūst virsmā, ko ierobežo noteikta kontūra. Šis skaitlis ir atkarīgs no indukcijas AT magnētiskais lauks, no kontūras laukuma S un tā orientāciju dotajā jomā.

F \u003d BS cos a - magnētiskā plūsma.

F [Wb] Vēbers (8. slaids)

Indukcijas strāvai var būt dažādi virzieni, kas ir atkarīgi no tā, vai magnētiskā plūsma, kas iekļūst ķēdē, samazinās vai palielinās. Noteikums inducētās strāvas virziena noteikšanai tika formulēts 1833. gadā. E. X. Lencs.

2. eksperiments

Mēs iebīdām pastāvīgo magnētu vieglā alumīnija gredzenā. Gredzens tiek atgrūsts no tā, un, izstiepts, tas tiek piesaistīts magnētam.

Rezultāts nav atkarīgs no magnēta polaritātes. Atgrūšanās un pievilcība ir izskaidrojama ar indukcijas strāvas parādīšanos tajā.

Kad magnēts tiek iespiests, magnētiskā plūsma caur gredzenu palielinās: gredzena atgrūšanās šajā gadījumā parāda, ka indukcijas strāva tajā ir tāds virziens, kurā tā magnētiskā lauka indukcijas vektors ir pretējā virzienā ārējā magnētiskā lauka indukcijas vektoram.

Lenca noteikums:

Indukcijas strāvai vienmēr ir tāds virziens, ka tās magnētiskais lauks novērš jebkādas izmaiņas magnētiskajā plūsmā, izraisot izskatu indukcijas strāva(9. slaids).

IV. Laboratorijas darbu veikšana

Laboratorijas darbs par tēmu "Lenca likuma eksperimentālā pārbaude"

Ierīces un materiāli:miliammetrs, spole-spole, lokveida magnēts.

Darba process

1. Sagatavo tabulu.

Jauns periods fiziskās zinātnes attīstībā sākas ar ģeniālo Faradeja atklājumu elektromagnētiskā indukcija. Tieši šajā atklājumā skaidri izpaudās zinātnes spēja bagātināt tehnoloģiju ar jaunām idejām. Jau pats Faradejs, pamatojoties uz savu atklājumu, paredzēja elektromagnētisko viļņu pastāvēšanu. 1832. gada 12. martā viņš aizzīmogoja aploksni ar uzrakstu "Jauni skati, tagad jāglabā aizzīmogotā aploksnē Karaliskās biedrības arhīvā". Šī aploksne tika atvērta 1938. gadā. Izrādījās, ka Faradejs diezgan skaidri saprata, ka indukcijas darbības izplatās ar ierobežotu ātrumu viļņu veidā. "Es uzskatu, ka ir iespējams piemērot svārstību teoriju elektriskās indukcijas izplatībai," rakstīja Faradejs. Vienlaikus viņš norādīja, ka «magnētiskā efekta izplatīšanās prasa laiku, tas ir, magnētam iedarbojoties uz citu tālu magnētu vai dzelzs gabalu, ietekmējošais cēlonis (ko es atļaušos saukt par magnētismu) izplatās. no magnētiskajiem ķermeņiem pakāpeniski un prasa noteiktu laiku tās izplatībai, kas acīmredzot izrādīsies ļoti mazs.Es arī uzskatu, ka elektriskā indukcija izplatās tieši tādā pašā veidā. Uzskatu, ka magnētisko spēku izplatīšanās no magnētiskā pola ir līdzīga nelīdzenas ūdens virsmas svārstības vai skaņas vibrācijas gaisa daļiņas.

Faradejs saprata savas idejas nozīmīgumu un, nevarēdams to eksperimentāli pārbaudīt, ar šīs aploksnes palīdzību nolēma "nodrošināt atklājumu sev un līdz ar to iegūt tiesības eksperimentāla apstiprinājuma gadījumā deklarēt šo datumu. viņa atklāšanas datums." Tātad 1832. gada 12. martā cilvēce pirmo reizi nonāca pie idejas par eksistenci. elektromagnētiskie viļņi. No šī datuma sākas atklājumu vēsture radio.

Bet Faradeja atklājums bija nozīmi ne tikai tehnoloģiju vēsturē. Tam bija milzīga ietekme uz zinātniskā pasaules uzskata attīstību. No šī atklājuma ienāk fizika jauns objekts - fiziskais lauks. Tādējādi Faradeja atklājums pieder pie tiem fundamentālajiem zinātniskie atklājumi kas atstāj manāmas pēdas visā cilvēces kultūras vēsturē.

Londonas kalēja dēls grāmatsējējs dzimis Londonā 1791. gada 22. septembrī. Spožajam autodidaktam pat nebija iespējas finišēt pamatskola un pats pavēra ceļu zinātnei. Studējot grāmatsiešanu, viņš lasīja grāmatas, īpaši par ķīmiju ķīmiskie eksperimenti. klausoties publiskās lekcijas slavenais ķīmiķis Deivijs, viņš beidzot pārliecinājās, ka viņa aicinājums ir zinātne, un vērsās pie viņa ar lūgumu pieņemt darbā Karaliskajā institūtā. No 1813. gada, kad Faradejs tika uzņemts institūtā par laborantu, un līdz pat savai nāvei (1867. gada 25. augusts), viņš dzīvoja zinātnē. Jau 1821. gadā, kad Faradejs saņēma elektromagnētisko rotāciju, viņš par savu mērķi izvirzīja "magnētismu pārvērst elektrībā". Desmit meklējumu un smaga darba gadi vainagojās ar elektromagnētiskās indukcijas atklāšanu 1871. gada 29. augustā.

"Divsimt trīs pēdas vara stieples vienā gabalā tika uzvilktas uz lielas koka trumuļas; vēl divi simti trīs pēdas no tā paša stieples tika izolētas spirālē starp pirmā tinuma pagriezieniem, metālisko kontaktu noņemot ar līdzekļiem. no vada.Viena no šīm spirālēm bija savienota ar galvanometru, bet otra ar labi uzlādētu akumulatoru simts pāru četrcollu kvadrātcollu plākšņu, ar dubultām vara plāksnēm.Kad tika izveidots kontakts, bija īslaicīga, bet ļoti neliela ietekme uz galvanometru, un līdzīgs vājš efekts notika, kad tika atvērts kontakts ar akumulatoru. Tā Faradejs aprakstīja savu pirmo pieredzi strāvu inducēšanā. Šo indukciju viņš sauca par sprieguma-elektrisko indukciju. Tālāk viņš apraksta savu galveno pieredzi ar dzelzs gredzenu, modernā prototipu transformators.

"No apaļa mīksta dzelzs stieņa tika metināts gredzens; metāla biezums bija septiņas astotdaļas collas, un gredzena ārējais diametrs bija sešas collas. Vienā šī gredzena daļā bija uztītas trīs spirāles, katra saturēja apmēram divdesmit četras pēdas vara stieples, viena divdesmitā daļa collas biezas. Spoles bija izolētas no dzelzs un viena no otras... aizņem apmēram deviņas collas visā gredzena garumā. Tās varēja izmantot gan atsevišķi, gan kopā, šis grupa ir apzīmēta ar A. Gredzena otrā daļā tādā pašā veidā tika uztīts apmēram sešdesmit pēdas no vara stieples divos gabalos, kas veidoja spirāli B, kuras virziens ir tāds pats kā spirālēm A, bet atdalītas no tām katrā galā. apmēram puscollu ar pliku dzelzi.

Savienota spirāle B vara vadi ar galvanometru, kas novietots trīs pēdu attālumā no gludekļa. Atsevišķas spoles tika savienotas no gala līdz galam, lai izveidotu kopēju spirāli, kuras galus savienoja ar akumulatoru, kurā bija desmit pāri četru kvadrātcollu plākšņu. Galvanometrs reaģēja nekavējoties un daudz spēcīgāk, nekā tika novērots, kā aprakstīts iepriekš, izmantojot desmit reizes jaudīgāku spirāli, bet bez dzelzs; tomēr, neskatoties uz kontakta uzturēšanu, darbība apstājās. Kad kontakts ar akumulatoru tika atvērts, bultiņa atkal stipri novirzījās, bet pretējā virzienā nekā pirmajā gadījumā.

Faradejs tālāk pētīja dzelzs iedarbību, izmantojot tiešu pieredzi, ieviešot dzelzs stieni dobas spoles iekšpusē, šajā gadījumā "inducētā strāva ļoti spēcīgi ietekmēja galvanometru". «Līdzīga rīcība pēc tam tika iegūta ar parasto palīdzību magnēti". Faradejs nosauca šo darbību magnetoelektriskā indukcija, pieņemot, ka voltiskās un magnetoelektriskās indukcijas būtība ir vienāda.

Visi aprakstītie eksperimenti veido Faradeja klasiskā darba pirmās un otrās sadaļas saturu. Eksperimentālie pētījumi par elektrību", aizsākās 1831. gada 24. novembrī. Šīs sērijas trešajā sadaļā "Par jauno matērijas elektrisko stāvokli" Faradejs pirmo reizi mēģina aprakstīt jaunās ķermeņu īpašības, kas izpaužas elektromagnētiskajā indukcijā. Viņš to sauc. īpašību viņš atklāja "elektronisko stāvokli". Šis ir pirmais idejas lauka dīglis, ko vēlāk izveidoja Faradejs un pirmo reizi precīzi formulēja Maksvels. Pirmās sērijas ceturtā sadaļa ir veltīta Arago fenomena izskaidrošanai. Faradejs pareizi klasificē šo parādību kā indukcijas parādību un ar šīs parādības palīdzību cenšas "iegūt jaunu elektrības avotu".Kad vara disks pārvietojas starp magnēta poliem, viņš galvanometrā ieguva strāvu, izmantojot bīdāmos kontaktus. Šis bija pirmais Dinamo mašīna. Faradejs savu eksperimentu rezultātus rezumē ar šādiem vārdiem: "Tādējādi tika parādīts, ka ar parasta magnēta palīdzību ir iespējams izveidot pastāvīgu elektrības strāvu." No saviem eksperimentiem par indukciju kustīgos vadītājos Faradejs secināja attiecības starp magnēta polu, kustīgo vadītāju un inducētās strāvas virzienu, t.i., "likumu, kas regulē elektroenerģijas ražošanu ar magnetoelektrisko indukcijas palīdzību". Sava pētījuma rezultātā Faradejs atklāja, ka "spēja inducēt strāvas izpaužas aplī ap magnētisko rezultāta vai spēka asi tieši tādā pašā veidā, kā magnētisms, kas atrodas ap apli, rodas ap elektrisko strāvu un tiek uztverts ar to". *.

* (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 57. lpp.)

Citiem vārdiem sakot, virpuļa elektriskais lauks rodas ap mainīgu magnētisko plūsmu, tāpat kā virpuļa magnētiskais lauks rodas ap elektrisko strāvu. Šo fundamentālo faktu Maksvels vispārināja divu savu elektromagnētiskā lauka vienādojumu veidā.

Elektromagnētiskās indukcijas parādību, jo īpaši Zemes magnētiskā lauka induktīvās darbības, izpēte ir veltīta arī otrajai "Izmeklējumu" sērijai, kas tika uzsākta 1832. gada 12. janvārī. Trešā sērija, kas sākās 1833. gada 10. janvārī, Faradejs velta identitātes pierādīšanai dažāda veida elektrība: elektrostatiskā, galvaniskā, dzīvnieku, magnetoelektriskā (tas ir, iegūta ar elektromagnētiskās indukcijas palīdzību). Faradejs nonāca pie secinājuma, ka elektrība saņemta Dažādi ceļi, kvalitatīvi tas pats, darbību atšķirība ir tikai kvantitatīva. Tas bija pēdējais trieciens dažādu sveķu un stikla elektrības, galvanisma, dzīvnieku elektrības "šķidrumu" jēdzienam. Elektrība izrādījās viena, bet polāra vienība.

Ļoti svarīga ir piektā Faraday's Investigations sērija, kas tika uzsākta 1833. gada 18. jūnijā. Šeit Faradejs sāk elektrolīzes studijas, kas noveda viņu pie slaveno likumu nodibināšanas, kas nes viņa vārdu. Šie pētījumi tika turpināti septītajā sērijā, kas sākās 1834. gada 9. janvārī. Šajā pēdējā sērijā Faradejs ierosina jaunu terminoloģiju: viņš ierosina saukt polus, kas piegādā elektrolītam strāvu. elektrodi, izsauciet pozitīvo elektrodu anods, un negatīvais katods, nogulsnētās vielas daļiņas, kas iet uz anodu, kuru viņš sauc anjoni, un daļiņas, kas iet uz katodu - katjoni. Turklāt viņam pieder noteikumi elektrolīts noārdāmām vielām, joni un elektroķīmiskie ekvivalenti. Visi šie termini zinātnē ir stingri ievēroti. Faradejs izdara pareizo secinājumu no atrastajiem likumiem, ka var runāt par dažiem absolūtais daudzums elektrība, kas saistīta ar parastās vielas atomiem. "Lai gan mēs neko nezinām par to, kas ir atoms," raksta Faradejs, "mēs neviļus iedomājamies kādu mazu daļiņu, kas parādās mūsu prātā, kad mēs par to domājam; tomēr tādā pašā vai pat lielākā neziņā mēs esam attiecībā pret elektrību, mēs esam pat nevar pateikt, vai tā ir īpaša matērija vai vielas, vai vienkārši parastās matērijas kustība, vai cita veida spēks vai aģents; tomēr ir milzīgs skaits faktu, kas liek domāt, ka matērijas atomi ir kaut kā ir apveltīti ar elektriskiem spēkiem vai saistīti ar tiem, un tiem ir jāpateicas par savām ievērojamākajām īpašībām, tostarp ķīmisko radniecību vienam pret otru.

* (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 335. lpp.)

Tādējādi Faradejs skaidri izteica domu par matērijas "elektrifikāciju", atomu struktūra elektrība, un elektrības atoms jeb, kā saka Faradejs, "absolūtais elektroenerģijas daudzums" izrādās "kā noteikts tās darbībā, tāpat kā jebkurš no šos daudzumus kas, paliekot saistīti ar matērijas daļiņām, informē tās par to ķīmiskā afinitāte. Elementāri elektriskais lādiņš, kā parādīts tālākai attīstībai fiziku, patiešām var noteikt no Faradeja likumiem.

Liela nozīme bija Faradeja "Izmeklējumu" devītajai sērijai. Šī sērija, kas sākās 1834. gada 18. decembrī, aplūkoja pašindukcijas parādības, aizvēršanās un atvēršanas papildu strāvu. Faradejs, aprakstot šīs parādības, norāda, ka, lai gan tām ir pazīmes inerce, tomēr pašindukcijas fenomenu no mehāniskās inerces atšķir tas, ka tie ir atkarīgi no veidlapas diriģents. Faradejs atzīmē, ka "papildu strāva ir identiska ... inducētajai strāvai" * . Tā rezultātā Faradejam radās priekšstats par indukcijas procesa ļoti plašo nozīmi. Savu pētījumu vienpadsmitajā sērijā, kas sākās 1837. gada 30. novembrī, viņš norāda: "Indukcijai ir visvispārīgākā loma. elektriskās parādības, kas acīmredzot piedalās katrā no tiem, un patiesībā tam ir pirmā un būtiskā sākuma iezīmes "**. Jo īpaši, saskaņā ar Faradeju, jebkurš uzlādes process ir indukcijas process, aizspriedums pretēji lādiņi: "vielas nevar uzlādēt absolūti, bet tikai relatīvi, saskaņā ar likumu, kas ir identisks indukcijai. Katru lādiņu atbalsta indukcija. Visas parādības spriegums ietver indukciju sākumu" ***. Šo Faradeja apgalvojumu nozīme ir tāda, ka jebkuru elektrisko lauku ("sprieguma fenomenu" - Faradeja terminoloģijā) obligāti pavada indukcijas process vidē ("pārvietošana" - Maksvela vēlāk terminoloģija). Šo procesu nosaka vides īpašības, tās "induktivitāte" Faradeja terminoloģijā vai "permitivitāte" mūsdienu terminoloģijā. Faradeja pieredze ar sfērisku kondensatoru noteica vairāku vielu caurlaidību attiecībā pret gaisu. eksperimenti nostiprināja Faradeju idejā par vides būtisko lomu elektromagnētiskajos procesos.

* (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 445. lpp.)

** (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 478. lpp.)

*** (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 487. lpp.)

Elektromagnētiskās indukcijas likumu būtiski attīstīja Sanktpēterburgas akadēmijas krievu fiziķis Emīls Krištianovičs Lencs(1804-1865). 1833. gada 29. novembrī Lencs ziņoja Zinātņu akadēmijai par savu pētījumu "Par elektrodinamiskās indukcijas ierosināto galvanisko strāvu virziena noteikšanu". Lencs parādīja, ka Faradeja magnetoelektriskā indukcija ir cieši saistīta ar Ampēra elektromagnētiskajiem spēkiem. "Priekšlikums, ar kuru magnetoelektriskā parādība tiek reducēta uz elektromagnētisko, ir šāds: ja metāla vadītājs pārvietojas galvaniskās strāvas vai magnēta tuvumā, tad galvaniskā strāva tajā tiek ierosināta tādā virzienā, ka, ja šis vadītājs būtu nekustīgs, tad strāva varētu izraisīt tā kustību pretējā virzienā; tiek pieņemts, ka vadītājs miera stāvoklī var pārvietoties tikai kustības virzienā vai pretējā virzienā" * .

* (E. X. Lencs, Izvēlētie darbi, Ed. AN SSSR, 1950, 148.-149.lpp.)

Šis Lenca princips atklāj indukcijas procesu enerģiju un spēlēja nozīmīgu lomu Helmholca darbā pie enerģijas nezūdamības likuma izveidošanas. Pats Lencs no savas valdīšanas atvasināja elektrotehnikā labi zināmo atgriezeniskuma principu elektromagnētiskās mašīnas: ja pagriežat spoli starp magnēta poliem, tā rada strāvu; gluži pretēji, ja uz to tiek nosūtīta strāva, tā griezīsies. Elektromotoru var pārvērst par ģeneratoru un otrādi. Pētot magnetoelektrisko mašīnu darbību, Lencs 1847. gadā atklāj armatūras reakciju.

1842.-1843.gadā. Lencs izstrādāja klasisku pētījumu "Par galvaniskās strāvas siltuma ģenerēšanas likumiem" (ziņots 1842. gada 2. decembrī, publicēts 1843. gadā), ko viņš sāka ilgi pirms Džoula līdzīgiem eksperimentiem (Džoula vēstījums parādījās 1841. gada oktobrī) un turpināja, neskatoties uz publikāciju Džouls, "jo pēdējo eksperimenti var sastapties ar dažiem pamatotiem iebildumiem, kā jau ir parādījis mūsu kolēģis akadēmiķa Hesa ​​kungs" * . Lencs mēra strāvas stiprumu, izmantojot pieskares kompasu, ierīci, ko izgudroja Helsingforsas profesors Johans Nervanders (1805-1848), un viņa ziņojuma pirmajā daļā pēta šo ierīci. Otrajā daļā "Siltuma izdalīšanās vados", par kuru ziņots 1843. gada 11. augustā, viņš nonāk pie sava slavenā likuma:

"
1. Vada sildīšana ar galvanisko strāvu ir proporcionāla stieples pretestībai.
2. Vada sildīšana ar galvanisko strāvu ir proporcionāla apkurei izmantotās strāvas kvadrātam "**.

* (E. X. Lencs, Izvēlētie darbi, Ed. AN SSSR, 1950, 361. lpp.)

** (E. X. Lencs, Izvēlētie darbi, Ed. AN SSSR, 1950, 441. lpp.)

Džoula-Lenca likumam bija liela nozīme enerģijas nezūdamības likuma izveidē. Visa elektrisko un magnētisko parādību zinātnes attīstība noveda pie idejas par dabas spēku vienotību, pie idejas par šo "spēku" saglabāšanu.

Gandrīz vienlaikus ar Faradeju kāds amerikāņu fiziķis novēroja elektromagnētisko indukciju. Džozefs Henrijs(1797-1878). Henrijs izgatavoja lielu elektromagnētu (1828), kas, izmantojot zemas pretestības galvanisko elementu, izturēja 2000 mārciņu slodzi. Faradejs piemin šo elektromagnētu un norāda, ka ar tā palīdzību atverot iespējams iegūt spēcīgu dzirksteli.

Henrijs pirmo reizi (1832. gadā) novēroja pašindukcijas fenomenu, un viņa prioritāti iezīmē pašindukcijas vienības nosaukums "henrijs".

1842. gadā Henrijs nodibināja svārstīgais raksturs Leidenes burkas izlāde. Tievā stikla adata, ar kuru viņš pētīja šo parādību, tika magnetizēta ar dažādām polaritātēm, kamēr izlādes virziens palika nemainīgs. "Izlāde neatkarīgi no tā rakstura," secina Henrijs, "nav attēlota (izmantojot Franklina teoriju. - P. K.) kā vienreizēja bezsvara šķidruma pārnešana no vienas plāksnes uz otru; atklātā parādība liek atzīt galvenās izlādes esamību. vienā virzienā, un pēc tam vairākas dīvainas kustības atpakaļ un uz priekšu, no kurām katra ir vājāka par iepriekšējo, turpinot, līdz tiek sasniegts līdzsvars.

Indukcijas parādības kļūst par galveno tēmu fiziskie pētījumi. 1845. gadā vācu fiziķis Francs Noimanis(1798-1895) sniedza matemātisko izteiksmi indukcijas likums, apkopojot Faradeja un Lenca pētījumus.

Indukcijas elektromotora spēku Neimans izteica kā kādas funkcijas, kas inducē strāvu, laika atvasinājumu un mijiedarbojošo strāvu savstarpējo konfigurāciju. Neimans nosauca šo funkciju elektrodinamiskais potenciāls. Viņš arī atrada izteiksmi savstarpējās indukcijas koeficientam. Savā esejā "Par spēka saglabāšanu" 1847. gadā Helmholcs Neimana izteicienu elektromagnētiskās indukcijas likumam atvasina no enerģijas apsvērumiem. Tajā pašā esejā Helmholcs apgalvo, ka kondensatora izlāde nav "... vienkārša elektrības kustība vienā virzienā, bet ... tās plūsma vienā vai otrā virzienā starp divām plāksnēm svārstību veidā, kas kļūst arvien mazāks un mazāks, līdz beidzot viss dzīvais spēks tiek iznīcināts ar pretestību summu.

1853. gadā Viljams Tomsons(1824-1907) deva matemātiskā teorija kondensatora oscilācijas izlāde un noteica svārstību perioda atkarību no parametriem svārstību ķēde(Tomsona formula).

1858. gadā P. Blaserna(1836-1918) veica eksperimentālu elektrisko svārstību rezonanses līkni, pētot izlādi izraisošas ķēdes darbību, kas satur kondensatora bloku un noslēdz vadītājus sānu ķēdē ar mainīgu inducētā vadītāja garumu. Tajā pašā 1858. g Vilhelms Feddersens(1832-1918) novēroja Leidenas burkas dzirksteles izlādi rotējošā spogulī un 1862. gadā fotografēja dzirksteļaizlādes attēlu rotējošā spogulī. Tādējādi izlādes oscilējošais raksturs tika noteikts pilnīgi skaidri. Tajā pašā laikā tika eksperimentāli pārbaudīta Tomsona formula. Tādējādi, soli pa solim, doktrīna par elektriskās svārstības, kas veido maiņstrāvas elektrotehnikas un radiotehnikas zinātnisko pamatu.

Elektromagnētiskās indukcijas atklāšanas vēsture. Hansa Kristiana Orsteda un Andrē Marī Ampēra atklājumi parādīja, ka elektrībai ir magnētisks spēks. Magnētisko parādību ietekmi uz elektriskām parādībām atklāja Maikls Faradejs. Hanss Kristians Orsteds Andrē Marija Ampērs

Maikls Faradejs () "Pārvērtiet magnētismu elektrībā," viņš rakstīja savā dienasgrāmatā 1822. gadā. Angļu fiziķis, elektromagnētiskā lauka teorijas pamatlicējs, Sanktpēterburgas Zinātņu akadēmijas ārvalstu goda loceklis (1830).

Maikla Faradeja eksperimentu apraksts koka klucis brūce divas vara vadi. Viens no vadiem bija savienots ar galvanometru, otrs ar spēcīgu akumulatoru. Kad ķēde tika slēgta, galvanometram tika novērota pēkšņa, bet ārkārtīgi vāja darbība, un tāda pati darbība tika novērota arī tad, kad strāva tika apturēta. Nepārtraukti plūstot strāvai caur vienu no spirālēm, nebija iespējams noteikt galvanometra adatas novirzes

Maikla Faradeja eksperimentu apraksts Citā eksperimentā tika reģistrēts strāvas pārspriegums spoles galos, kurā tika ievietots pastāvīgais magnēts. Faradejs šādus uzliesmojumus sauca par "elektrības viļņiem"

Indukcijas EMF Indukcijas EMF, kas izraisa strāvas pārrāvumus ("elektrības viļņus"), nav atkarīgs no magnētiskās plūsmas lieluma, bet gan no tās izmaiņu ātruma.

1. Noteikt ārējā lauka B indukcijas līniju virzienu (tās atstāj N un ieiet S). 2. Noteikt, vai magnētiskā plūsma caur ķēdi palielinās vai samazinās (ja magnēts tiek iespiests gredzenā, tad Ф> 0, ja tas tiek izvilkts, tad Ф 0, ja tas tiek izvilkts, tad Ф 0, ja tas ir izvilkts, tad Ф 0, ja izvilkts, tad Ф 0 , ja izstiepts, tad Ф
3. Noteikt induktīvās strāvas radītā magnētiskā lauka B indukcijas līniju virzienu (ja F>0, tad līnijas B un B ir vērstas pretējos virzienos; ja F 0, tad līnijas B un B ir vērstas pretējos virzienos; ja F 0, tad līnijas B un B ir vērstas pretējos virzienos; ja Ф 0, tad līnijas B un B ir vērstas pretējos virzienos; ja Ф 0, tad līnijas B un B ir vērstas pretējos virzienos; ja Ф

Jautājumi Formulējiet elektromagnētiskās indukcijas likumu. Kas ir šī likuma dibinātājs? Kas ir inducētā strāva un kā noteikt tās virzienu? Kas nosaka indukcijas EML lielumu? Kuru elektrisko ierīču darbības princips ir balstīts uz elektromagnētiskās indukcijas likumu?

Elektromagnētiskā indukcija- šī ir parādība, kas sastāv no elektriskās strāvas rašanās slēgtā vadītājā, mainoties magnētiskajam laukam, kurā tas atrodas. Šo fenomenu 1831. gadā atklāja angļu fiziķis M. Faradejs. Tās būtību var izskaidrot ar vairākiem vienkāršiem eksperimentiem.

Aprakstīts Faradeja eksperimentos saņemšanas princips maiņstrāva izmanto indukcijas ģeneratoru ģenerēšanai elektriskā enerģija termoelektrostacijās vai hidroelektrostacijās. Ģeneratora rotora rotācijas pretestība, kas rodas, indukcijas strāvai mijiedarbojoties ar magnētisko lauku, tiek pārvarēta, pateicoties tvaika vai hidrauliskās turbīnas darbībai, kas rotē rotoru. Tādi ģeneratori pārveidot mehānisko enerģiju elektroenerģijā .

Virpuļstrāvas vai Fuko straumes

Ja mainīgā magnētiskajā laukā ievieto masīvu vadītāju, tad šajā vadītājā elektromagnētiskās indukcijas fenomena dēļ rodas virpuļindukcijas strāvas, t.s. Fuko straumes.

Virpuļstrāvas rodas arī masīvam vadītājam kustoties pastāvīgā, bet nehomogēnā magnētiskajā laukā telpā. Fuko strāvām ir tāds virziens, ka spēks, kas uz tām iedarbojas magnētiskajā laukā, palēnina vadītāja kustību. Svārsts cietas metāla plāksnes veidā, kas izgatavots no nemagnētiska materiāla, kas svārstās starp elektromagnēta poliem, pēkšņi apstājas, ieslēdzot magnētisko lauku.

Daudzos gadījumos Fuko straumju izraisītā apkure izrādās kaitīga un ar to jācīnās. Transformatoru serdeņi, elektromotoru rotori ir izgatavoti no atsevišķām dzelzs plāksnēm, kas atdalītas ar izolatora slāņiem, kas novērš lielu indukcijas strāvu veidošanos, un pašas plāksnes ir izgatavotas no sakausējumiem ar augstu pretestību.

Elektromagnētiskais lauks

Stacionāro lādiņu radītais elektriskais lauks ir statisks un iedarbojas uz lādiņiem. D.C izraisa laika nemainīga magnētiskā lauka parādīšanos, kas iedarbojas uz kustīgiem lādiņiem un strāvām. Elektriskās un magnētiskais lauksšajā gadījumā pastāv neatkarīgi viens no otra.

Fenomens elektromagnētiskā indukcija demonstrē šo lauku mijiedarbību, kas novērota vielās, kurās ir brīvie lādiņi, t.i., vadītājos. Mainīgs magnētiskais lauks rada mainīgu elektrisko lauku, kas, iedarbojoties uz brīviem lādiņiem, rada elektrisko strāvu. Šī strāva, būdama mainīga, savukārt ģenerē mainīgu magnētisko lauku, kas rada elektrisko lauku tajā pašā vadītājā utt.

Tiek saukta mainīgu elektrisko un mainīgo magnētisko lauku kombinācija, kas rada viens otru elektromagnētiskais lauks . Tas var pastāvēt arī vidē, kur nav brīvu lādiņu, un izplatās telpā formā elektromagnētiskais vilnis.

klasiskais elektrodinamika- viens no augstākie sasniegumi cilvēka prāts. Viņai bija milzīga ietekme uz turpmāko attīstību cilvēku civilizācija, paredzot elektromagnētisko viļņu esamību. Tas vēlāk noveda pie radio, televīzijas, telekomunikāciju sistēmu, satelītnavigācijas, kā arī datoru, rūpniecisko un sadzīves robotu un citu mūsdienu dzīves atribūtu radīšanas.

stūrakmens Maksvela teorijas bija apgalvojums, ka tikai mainīgs elektriskais lauks var kalpot kā magnētiskā lauka avots, tāpat kā avots elektriskais lauks, radot induktīvo strāvu vadītājā, ir mainīgs magnētiskais lauks. Vadītāja klātbūtne šajā gadījumā nav nepieciešama - elektriskais lauks rodas arī tukšā vietā. Mainīgā elektriskā lauka līnijas, līdzīgi kā magnētiskā lauka līnijas, ir slēgtas. Elektromagnētiskā viļņa elektriskie un magnētiskie lauki ir vienādi.

Elektromagnētiskā indukcija diagrammās un tabulās