Elektromagnētiskā lauka atklāšana Elektromagnētiskās indukcijas likums

Šodien mēs runāsim par šo fenomenu elektromagnētiskā indukcija. Mēs atklāsim, kāpēc šī parādība tika atklāta un kādu labumu tā devusi.

Zīds

Cilvēki vienmēr ir centušies dzīvot labāk. Kāds varētu domāt, ka tas ir iemesls apvainot cilvēci alkatībā. Bet bieži vien mēs runājam par pamata sadzīves ērtību atrašanu.

AT viduslaiku Eiropa Viņi prata izgatavot vilnas, kokvilnas un lina audumus. Un tajā laikā cilvēki cieta no pārmērīga blusu un utu daudzuma. Tajā pašā laikā Ķīnas civilizācija jau ir iemācījusies prasmīgi aust zīdu. Drēbes no tā neļāva asinssūcējiem nonākt cilvēka ādā. Kukaiņu ķepas slīdēja pa gludo audumu, un utis nokrita. Tāpēc eiropieši par katru cenu gribēja ģērbties zīdā. Un tirgotāji domāja, ka tā ir vēl viena iespēja kļūt bagātam. Tāpēc tika ierīkots Lielais Zīda ceļš.

Tikai šādā veidā vēlamais audums tika nogādāts ciešošajā Eiropā. Un tik daudz cilvēku tika iesaistīti procesā, ka radās pilsētas, impērijas cīnījās par tiesībām iekasēt nodokļus, un daži ceļa posmi joprojām ir vislielākie. ērts veids nokļūt pareizajā vietā.

Kompass un zvaigzne

Kalni un tuksneši stāvēja ceļā karavānām ar zīdu. Gadījās, ka apgabala raksturs nedēļām un mēnešiem palika nemainīgs. Stepes kāpas padevās tiem pašiem pauguriem, viena pāreja sekoja otrai. Un cilvēkiem bija kaut kā jāpārvietojas, lai nogādātu savu vērtīgo kravu.

Zvaigznes bija pirmajā vietā. Zinot, kāda ir diena un kādi zvaigznāji gaidāmi, pieredzējis ceļotājs vienmēr varēja noteikt, kur atrodas dienvidi, kur austrumi un kurp doties. Bet cilvēku ar pietiekamu zināšanu apjomu vienmēr ir trūcis. Jā, un tad viņi nezināja, kā precīzi skaitīt laiku. Saulriets, saullēkts – tie ir visi orientieri. Un sniegs vai smilšu vētra, mākoņains laiks izslēdza pat iespēju ieraudzīt polāro zvaigzni.

Tad cilvēki (iespējams, senie ķīnieši, bet zinātnieki par to joprojām strīdas) saprata, ka viens minerāls vienmēr atrodas noteiktā veidā attiecībā pret galvenajiem punktiem. Šis īpašums tika izmantots, lai izveidotu pirmo kompasu. Pirms elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšanas bija tālu, taču sākums bija veikts.

No kompasa līdz magnētam

Pats nosaukums "magnēts" atgriežas toponīmā. Iespējams, pirmie kompasi tika izgatavoti no rūdas, kas iegūta Magnēzijas pakalnos. Šis apgabals atrodas Mazāzijā. Un magnēti izskatījās kā melni akmeņi.

Pirmie kompasi bija ļoti primitīvi. Ūdeni ielēja bļodā vai citā traukā, virsū uzlika plānu peldoša materiāla disku. Un diska centrā tika ievietota magnetizēta adata. Viens no tā galiem vienmēr bija vērsts uz ziemeļiem, otrs - uz dienvidiem.

Grūti pat iedomāties, ka karavāna glabāja ūdeni kompasam, kamēr cilvēki mira no slāpēm. Bet nezaudējiet virzienu un ļaujiet cilvēkiem, dzīvniekiem un precēm nokļūt droša vieta bija svarīgāka par dažām atsevišķām dzīvēm.

Kompasi veica daudzus braucienus un sastapās ar dažādām dabas parādībām. Nav pārsteidzoši, ka elektromagnētiskās indukcijas fenomens tika atklāts Eiropā, lai gan sākotnēji magnētiskā rūda tika iegūta Āzijā. Šādā sarežģītajā veidā izraisīja Eiropas iedzīvotāju vēlmi gulēt ērtāk galvenais atklājums fizika.

Magnētiski vai elektriski?

Deviņpadsmitā gadsimta sākumā zinātnieki izdomāja, kā iegūt līdzstrāvu. Tika izveidota pirmā primitīvā baterija. Pietika ar elektronu plūsmas nosūtīšanu caur metāla vadītājiem. Pateicoties pirmajam elektroenerģijas avotam, tika veikti vairāki atklājumi.

1820. gadā dāņu zinātnieks Hanss Kristians Oersteds atklāja, ka magnētiskā adata novirzās blakus tīklā iekļautajam vadītājam. Kompasa pozitīvais pols vienmēr atrodas noteiktā veidā attiecībā pret strāvas virzienu. Zinātnieks veica eksperimentus visās iespējamās ģeometrijās: vadītājs atradās virs vai zem bultiņas, tie atradās paralēli vai perpendikulāri. Rezultāts vienmēr bija vienāds: iekļautā strāva iekustināja magnētu. Tādējādi tika gaidīts elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšana.

Bet zinātnieku ideja ir jāapstiprina ar eksperimentu. Tūlīt pēc Orsteda eksperimenta angļu fiziķis Maikls Faradejs uzdeva jautājumu: "Magnētiskais un elektriskais lauks tikai ietekmē viens otru, vai arī tie ir ciešāk saistīti? Zinātnieks bija pirmais, kurš pārbaudīja pieņēmumu, ka, ja elektriskais lauks izraisa magnetizēta objekta novirzi, tad magnētam jāģenerē strāva.

Pieredzes shēma ir vienkārša. Tagad ikviens students var to atkārtot. Tievs metāla stieple tika satīts atsperes veidā. Tās gali bija savienoti ar ierīci, kas ierakstīja strāvu. Kad magnēts pārvietojās blakus spolei, ierīces bultiņa rādīja spriegumu elektriskais lauks. Tādējādi tika iegūts Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likums.

Eksperimentu turpinājums

Bet tas vēl nav viss, ko zinātnieks ir paveicis. Tā kā magnētiskais un elektriskais lauks ir cieši saistīti, bija nepieciešams noskaidrot, cik daudz.

Lai to izdarītu, Faradejs ienesa strāvu vienā tinumā un iespieda to citā līdzīgā tinumā ar rādiusu, kas lielāks par pirmo. Atkal tika ierosināta elektrība. Tādējādi zinātnieks pierādīja: kustīgs lādiņš ģenerē gan elektrisko, gan magnētiskais lauks vienlaikus.

Ir vērts uzsvērt, ka mēs runājam par magnēta vai magnētiskā lauka kustību atsperes slēgtā ķēdē. Tas ir, plūsmai visu laiku ir jāmainās. Ja tas nenotiek, strāva netiek ģenerēta.

Formula

Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likumu izsaka ar formulu

Atšifrēsim rakstzīmes.

ε apzīmē EMF vai elektromotora spēku. Šis lielums ir skalārs (tas ir, nevis vektors), un tas parāda darbu, ko daži dabas spēki vai likumi piemēro, lai izveidotu strāvu. Jāņem vērā, ka darbs jāveic ar neelektriskām parādībām.

Φ ir magnētiskā plūsma caur slēgtu ķēdi. Šī vērtība ir divu citu reizinājums: magnētiskās indukcijas vektora B modulis un slēgtās cilpas laukums. Ja magnētiskais lauks iedarbojas uz kontūru nevis stingri perpendikulāri, tad reizinājumam pievieno leņķa kosinusu starp vektoru B un virsmas normālu.

Atklāšanas sekas

Šim likumam sekoja citi. Sekojošie zinātnieki konstatēja spriedzes atkarības elektriskā strāva no jaudas, pretestība no vadītāja materiāla. Tika pētītas jaunas īpašības, radīti neticami sakausējumi. Beidzot cilvēce ir atšifrējusi atoma uzbūvi, iedziļinājusies zvaigžņu dzimšanas un nāves noslēpumā un atvērusi dzīvo būtņu genomu.

Un visi šie sasniegumi prasīja milzīgu resursu daudzumu un, galvenais, elektrību. Jebkāda ražošanas vai liela mēroga zinātniskā izpēte tika veikta, kur bija pieejamas trīs sastāvdaļas: kvalificēts personāls, tieši materiāls, ar kuru strādāt, un lēta elektrība.

Un tas bija iespējams tur, kur dabas spēki varēja dot rotoram lielu griešanās momentu: upes ar lielu augstuma starpību, ielejas ar stipri vēji, defekti ar pārmērīgu ģeomagnētisko enerģiju.

Interesanti, ka mūsdienu veids, kā iegūt elektrību, būtiski neatšķiras no Faradeja eksperimentiem. Magnētiskais rotors ļoti ātri griežas lielas stieples spoles iekšpusē. Magnētiskais lauks tinumā visu laiku mainās un rodas elektriskā strāva.

Protams, izvēlēts labākais materiāls magnētam un vadītājiem, un visa procesa tehnoloģija ir pilnīgi atšķirīga. Bet būtība ir viena: tiek izmantots princips, kas ir atvērts visvienkāršākajā sistēmā.

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 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 uz 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 grāmatu iesiešanu, viņš lasīja grāmatas, īpaši par ķīmiju, pats veica ķīmiskos eksperimentus. 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 uztītas uz lielas koka trumuļas; vēl divi simti trīs pēdas no tā paša stieples tika izolētas spirālē starp pirmā tinuma pagriezieniem, metāliskais kontakts tika noņemts 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 radās, 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, vienas divdesmitās collas biezas. Spoles bija izolētas no dzelzs un viena no otras..., aizņemot apmēram deviņas collas visā gredzena garumā. Tās varēja izmantot gan atsevišķi, gan kopā, šo grupu apzīmē ar burtu A. Gredzena otrā daļā apmēram sešdesmit pēdas no vara stieples divos gabalos, kas veidoja spirāli B, kuras virziens ir tāds pats kā spirālēm A, bet katrā no tām atdalītas. beigas apmēram puscollu ar kailu dzelzi.

Spirāle B ar vara vadiem tika savienota ar galvanometru, kas novietots trīs pēdu attālumā no dzelzs. 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 ir Faradeja klasiskā darba "Elektrības eksperimentālie pētījumi" pirmās un otrās sadaļas saturs, kas sākts 1831. gada 24. novembrī. Šīs sērijas trešajā sadaļā "Par vielu jauno elektrisko stāvokli" Faradejs pirmo reizi mēģina aprakstīt jaunās ķermeņu īpašības, kas izpaužas elektromagnētiskajā indukcijā. Viņš šo atklāto īpašību sauc par "elektronisko stāvokli". Šī ir pirmā lauka idejas dīglis, kuru vēlāk izveidoja Faradejs un pirmo reizi precīzi formulēja Maksvels. Pirmās sērijas ceturtā sadaļa ir veltīta Arago fenomena skaidrošanai. Faradejs šo parādību pareizi klasificē kā indukciju un ar šīs parādības palīdzību cenšas "iegūt jaunu elektroenerģijas avotu". Kad vara disks pārvietojās starp magnēta poliem, tas galvanometrā saņēma strāvu, izmantojot bīdāmos kontaktus. Tas 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, ap mainīgo magnētiskā plūsma rodas virpuļa elektriskais lauks, tāpat kā virpuļmagnētiskais lauks rodas ap elektrisko strāvu. Šo fundamentālo faktu Maksvels vispārināja savu divu vienādojumu veidā elektromagnētiskais lauks.

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 dažādu veidu elektrības identitātes pierādīšanai: elektrostatiskā, galvaniskā, dzīvnieku, magnetoelektriskā (t.i., 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 matērijas, vai vienkārši parastās matērijas kustība, vai cita veida spēks vai aģents; tomēr ir ļoti daudz 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 afinitāti 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 parādīja fizikas tālākā attīstība, 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, 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" Faraday terminoloģijā vai "permitivitāte" mūsdienu terminoloģijā. Faradeja pieredze ar sfērisku kondensatoru noteica vairāku vielu caurlaidību attiecībā pret gaisu. Šie 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 Helsingfortas profesors Johans Nervanders (1805-1848), un viņa ziņojuma pirmajā daļā viņš pēta šo ierīci. Otrajā daļā "Siltuma izdalīšanās vados", par kuru ziņots 1843. gada 11. augustā, viņš nonāk pie sava slavenā likuma:

Vada sildīšana ar galvanisko strāvu ir proporcionāla stieples pretestībai.
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, bet 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 tad vairākas dīvainas kustības atpakaļ un uz priekšu, katra 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 svārstību izlādi un noteica svārstību perioda atkarību no svārstību ķēdes parametriem (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 svārstīgais raksturs tika noteikts pilnīgi acīmredzami. Tajā pašā laikā tika eksperimentāli pārbaudīta Tomsona formula. Tādējādi, soli pa solim, doktrīna par elektriskās svārstības, kas veido maiņstrāvas elektrotehnikas un radiotehnikas zinātnisko pamatu.

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 ģeneratoros, kas ražo elektroenerģiju 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. Līdzstrāva izraisa laika konstanta magnētiskā lauka parādīšanos, iedarbojoties uz kustīgiem lādiņiem un strāvām. Elektriskie un magnētiskie lauki šajā 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 vidē, kur nav brīvu lādiņu, un izplatās telpā elektromagnētiskā viļņa veidā.

klasiskais elektrodinamika- viens no augstākajiem cilvēka prāta sasniegumiem. 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 par magnētiskā lauka avotu, tāpat kā mainīgs magnētiskais lauks kalpo kā elektriskā lauka avots, kas rada indukcijas strāvu vadītājā. 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

1821. gadā Maikls Faradejs savā dienasgrāmatā rakstīja: "Pārvērtiet magnētismu elektrībā." Pēc 10 gadiem viņš šo problēmu atrisināja.
Faradeja atklājums
Nav nejaušība, ka pirmo un vissvarīgāko soli jaunu elektromagnētiskās mijiedarbības īpašību atklāšanā veica elektromagnētiskā lauka ideju pamatlicējs Faradejs. Faradejs bija pārliecināts par elektrisko un magnētisko parādību vienoto raksturu. Neilgi pēc Orsteda atklājuma viņš rakstīja: “... šķiet ļoti neparasti, ka, no vienas puses, jebkuru elektrisko strāvu pavada atbilstošas intensitātes magnētiskā darbība, kas vērsta taisnā leņķī pret strāvu, un ka tajā pašā laikā. laiku labos elektrības vadītājos, kas novietoti šīs darbības sfērā, strāva vispār netika inducēta, nenotika manāma darbība, kas pēc stipruma būtu līdzvērtīga šādai strāvai. Desmit gadu smagais darbs un ticība panākumiem Faradeju noveda pie atklājuma, kas vēlāk veidoja pamatu visu pasaules elektrostaciju ģeneratoru projektēšanai, pārvēršot mehānisko enerģiju elektriskās strāvas enerģijā. (Avoti, kas darbojas pēc citiem principiem: galvaniskie elementi, akumulatori, termo- un fotoelementi - dod nenozīmīgu daļu no saražotās elektriskās enerģijas.)
Ilgu laiku nebija iespējams noteikt saistību starp elektriskajām un magnētiskajām parādībām. Bija grūti iedomāties galveno: tikai laikā mainīgs magnētiskais lauks var ierosināt elektrisko strāvu fiksētā spolē, vai arī pašai spolei jāpārvietojas magnētiskajā laukā.
Elektromagnētiskās indukcijas atklājums, kā Faradejs sauca šo fenomenu, tika atklāts 1831. gada 29. augustā.Rets gadījums, kad ir tik precīzi zināms jauna ievērojama atklājuma datums.Šeit ir īss paša Faradeja sniegtās pirmās pieredzes apraksts.
“Brūce uz platas koka spoles vara stieple 203 pēdas garš, un starp tā pagriezieniem ir uztīts tāda paša garuma stieple, bet izolēta no pirmā kokvilnas pavediena. Viena no šīm spirālēm bija savienota ar galvanometru, bet otra ar spēcīgu akumulatoru, kas sastāvēja no 100 plākšņu pāriem... Kad ķēde tika slēgta, bija iespējams pamanīt pēkšņu, bet ārkārtīgi vāju ietekmi uz galvanometru, un tas pats tika pamanīts, kad strāva apstājās. Nepārtraukti plūstot strāvai caur vienu no spirālēm, par spīti tam nebija iespējams atzīmēt ne ietekmi uz galvanometru, ne vispār nekādu induktīvo ietekmi uz otru spirāli. 5.1
apgalvojot, ka visas akumulatoram pieslēgtās spoles sildīšana un dzirksteļu spilgtums, kas izlēca starp oglēm, liecina par akumulatora jaudu.
Tātad sākotnēji indukcija tika atklāta vadītājos, kas ķēdes aizvēršanas un atvēršanas laikā bija nekustīgi viens pret otru. Tad, skaidri saprotot, ka vadu pietuvināšanai vai noņemšanai ar strāvu ir jānoved pie tāda paša rezultāta kā ķēdes aizvēršanai un atvēršanai, Faradejs ar eksperimentiem pierādīja, ka strāva rodas, spolēm pārvietojoties vienai pret otru (5.1. att.). Pārzinot Ampēra darbus, Faradejs saprata, ka magnēts ir nelielu strāvu kopums, kas cirkulē molekulās. 17. oktobrī, kā ierakstīts viņa laboratorijas žurnālā, magnēta iestumšanas (vai izvilkšanas) laikā spolē tika konstatēta indukcijas strāva (5.2. att.). Viena mēneša laikā Faradejs eksperimentāli atklāja visas elektromagnētiskās indukcijas fenomena būtiskās iezīmes. Atlika tikai piešķirt likumam stingru kvantitatīvu formu un pilnībā atklāt parādības fizisko būtību.
Pats Faradejs jau uztvēra parasto lietu, kas nosaka indukcijas strāvas parādīšanos eksperimentos, kas ārēji izskatās atšķirīgi.
Slēgtā vadošā ķēdē strāva rodas, kad mainās magnētiskās indukcijas līniju skaits, kas iekļūst virsmā, ko ierobežo šī ķēde. Un jo ātrāk mainās magnētiskās indukcijas līniju skaits, jo lielāka ir iegūtā strāva. Šajā gadījumā magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņu iemesls ir pilnīgi vienaldzīgs. Tās var būt izmaiņas magnētiskās indukcijas līniju skaitā, kas iekļūst fiksētā vadītājā sakarā ar strāvas stipruma izmaiņām blakus esošajā spolē, un līniju skaita izmaiņas ķēdes kustības dēļ nehomogēnā magnētiskajā laukā. , kuras līniju blīvums mainās telpā (5.3. att.).
Faradejs ne tikai atklāja šo fenomenu, bet arī bija pirmais, kurš izveidoja nepilnīgu, taču nepilnīgu elektriskās strāvas ģeneratora modeli, kas rotācijas mehānisko enerģiju pārvērš strāvā. Tas bija masīvs vara disks, kas rotēja starp poliem. spēcīgs magnēts(5.4. att.). Piestiprinot diska asi un malu galvanometram, Faradejs atklāja novirzi
AT
\

\
\
\
\
\
\
\L

S Tomēr strāva bija vāja, taču vēlāk atrastais princips ļāva uzbūvēt jaudīgus ģeneratorus. Bez tiem elektrība joprojām būtu greznība, ko var atļauties tikai daži cilvēki.
Vadošā slēgtā kontūrā elektriskā strāva rodas, ja cilpa atrodas mainīgā magnētiskajā laukā vai pārvietojas laukā, kas ir nemainīgs laikā, tā ka mainās cilpā iekļūstošo magnētiskās indukcijas līniju skaits. Šo parādību sauc par elektromagnētisko indukciju.

2.7. ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS PARĀDĪBAS ATKLĀŠANA

Lielu ieguldījumu mūsdienu elektrotehnikā sniedza angļu zinātnieks Maikls Faradejs, kura darbus savukārt sagatavoja iepriekšējie elektrisko un magnētisko parādību izpētes darbi.

Kaut kas simbolisks ir apstāklī, ka M. Faradeja dzimšanas gadā (1791) tika izdots Luidži Galvani traktāts ar pirmo jaunas fizikālās parādības - elektriskās strāvas aprakstu, bet viņa nāves gadā (1867) tika izgudrots "dinamo" - pašpriekšneses līdzstrāvas ģenerators, t.i. parādījās uzticams, ekonomisks un ērti lietojams elektroenerģijas avots. Dižā zinātnieka dzīve un viņa darbība, kas ir unikāla savās metodēs, saturā un nozīmīgumā, ne tikai atvēra jaunu nodaļu fizikā, bet arī spēlēja izšķirošu lomu jaunu tehnoloģiju nozaru: elektrotehnikas un radiotehnikas dzimšanā.

Vairāk nekā simts gadus daudzas jauno studentu paaudzes fizikas stundās un no neskaitāmām grāmatām mācās stāstu par viena no slavenākajiem zinātniekiem, 68 zinātnisko biedrību un akadēmiju biedra ievērojamo dzīvi. Parasti M. Faradeja vārds tiek saistīts ar nozīmīgāko un līdz ar to slavenāko atklājumu - elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, ko viņš izdarīja 1831. gadā. Bet gadu pirms tam, 1830. gadā, M. Faradeju ievēlēja par goda biedru. pētniecību ķīmijas un elektromagnētisma jomā Pēterburgas Zinātņu akadēmijā, bet par Londonas Karaliskās biedrības (Lielbritānijas Zinātņu akadēmijas) biedru ievēlēts 1824. gadā. Sākot ar 1816.g., kad pirmo reizi zinātniskais darbs M. Faradejs, kas bija veltīts Toskānas kaļķu ķīmiskajai analīzei, un līdz 1831. gadam, kad sāka izdot slaveno zinātnisko dienasgrāmatu "Eksperimentālie pētījumi par elektrību", M. Faradejs publicēja vairāk nekā 60 zinātniskus rakstus.

Liela strādīgums, zināšanu slāpes, iedzimta inteliģence un novērošana ļāva M. Faradejam sasniegt izcilus rezultātus visās šajās jomās zinātniskie pētījumi uzrunā zinātnieks. Atzītajam "eksperimentētāju karalim" patika atkārtot: "Eksperimentētāja māksla ir prast uzdot dabai jautājumus un saprast tās atbildes."

Katrs M. Faradeja pētījums izcēlās ar tik pamatīgumu un tik ļoti saskanēja ar iepriekšējiem rezultātiem, ka viņa laikabiedru vidū gandrīz nebija viņa darbu kritiķu.

Ja izslēdzam no apskates M. Faradeja ķīmiskos pētījumus, kas arī veidoja laikmetu savā jomā (pietiek atgādināt eksperimentus ar sašķidrināšanas gāzēm, benzola, butilēna atklāšanu), tad visus pārējos viņa darbus, no pirmā acu uzmetiena dažreiz izkaisīti, kā triepieni uz mākslinieka audekla, kopā ņemti, veido pārsteidzošu priekšstatu par visaptverošu divu problēmu izpēti: dažādu enerģijas formu un vides fiziskā satura savstarpējām pārvērtībām.

Rīsi. 2.11. "Elektromagnētisko rotāciju" shēma (saskaņā ar Faradeja zīmējumu)

1, 2 - bļodas ar dzīvsudrabu; 3 - kustīgs magnēts; 4 - stacionārais magnēts; 5, 6 - vadi, kas ved uz galvanisko elementu akumulatoru; 7 - vara stienis; 8 - fiksēts vadītājs; 9 - kustīgs vadītājs

M. Faradeja darbu elektrības jomā aizsāka tā saukto elektromagnētisko rotāciju izpēte. No Oersted, Arago, Ampère, Biot, Savart eksperimentu sērijas, ko veica 1820. gadā, kļuva zināms ne tikai par elektromagnētismu, bet arī par strāvas un magnēta mijiedarbības īpatnībām: šeit, kā jau minēts, centrālie spēki. nav pazīstams ar klasisko mehāniku darbojās, un spēki ir dažādi, cenšoties izveidot magnētisko adatu perpendikulāri vadītājam. M. Faradejs uzdeva jautājumu: vai magnēts tiecas uz nepārtrauktu kustību ap vadītāju pa noteci? Pieredze apstiprināja hipotēzi. 1821. gadā M. Faradejs sniedza fiziskas ierīces aprakstu, kas shematiski parādīts att. 2.11. Kreisajā traukā ar dzīvsudrabu bija stieņa pastāvīgais magnēts ar eņģēm apakšā. Kad strāva ir ieslēgta augšējā daļa griežas ap fiksētu vadītāju. Labajā traukā magnēta stienis bija nekustīgs, un strāvu nesošais vadītājs, brīvi piekārts uz kronšteina, slīdēja pāri dzīvsudrabam, griežoties ap magnēta polu. Tā kā šajā eksperimentā pirmo reizi parādās magnetoelektriska ierīce ar nepārtrauktu kustību, ar šo ierīci ir pilnīgi likumīgi sākt elektrisko mašīnu vēsturi kopumā un jo īpaši elektromotoru. Pievērsīsim uzmanību arī dzīvsudraba kontaktam, kas vēlāk atrada pielietojumu elektromehānikā.

Acīmredzot no šī brīža M. Faradejs sāka veidot idejas par universālo "spēku savstarpējo pārveidojamību". Ar elektromagnētisma palīdzību iegūstot nepārtrauktu mehāniskā kustība, viņš izvirza sev uzdevumu mainīt fenomenu jeb, M. Faradeja terminoloģijā runājot, magnētismu pārvērst elektrībā.

Tikai absolūta pārliecība par “savstarpējās aizstājamības” hipotēzes pamatotību var izskaidrot formulētās problēmas risināšanā pavadīto mērķtiecību un neatlaidību, tūkstošiem eksperimentu un 10 gadu smagu darbu. 1831. gada augustā tika veikts izšķirošs eksperiments, un 24. novembrī Karaliskās biedrības sanāksmē tika prezentēta elektromagnētiskās indukcijas fenomena būtība.

Rīsi. 2.12. Arago pieredzes ilustrācija ("rotācijas magnētisms")

1 - vadošs nemagnētisks disks; 2 - stikla pamatne diska ass fiksēšanai

Kā piemēru, kas raksturo zinātnieka domu gājienu un viņa priekšstatu veidošanos par elektromagnētisko lauku, aplūkosim M. Faradeja pētījumu par fenomenu, ko toreiz sauca par "rotācijas magnētismu". Daudzus gadus pirms M. Faradeja darba navigatori pamanīja kompasa vara korpusa inhibējošo iedarbību uz magnētiskās adatas svārstībām. 1824. gadā D.F. Arago (skat. § 2.5) aprakstīja "rotācijas magnētisma" fenomenu, ko ne viņš, ne citi fiziķi nevarēja apmierinoši izskaidrot. Parādības būtība bija šāda (2.12. att.). Pakavveida magnēts varēja griezties ap vertikālo asi, un virs tā poliem atradās alumīnija vai vara disks, kas varēja griezties arī pa asi, kuras griešanās virziens sakrita ar magnēta ass griešanās virzienu. Miera stāvoklī netika novērota mijiedarbība starp disku un magnētu. Bet tiklīdz magnēts sāka griezties, disks metās tam aiz muguras un otrādi. Lai izslēgtu iespēju, ka disks var tikt aiznests ar gaisa straumēm, magnēts un disks tika atdalīti ar stiklu.

Elektromagnētiskās indukcijas atklāšana palīdzēja M. Faradejam izskaidrot D.F. fenomenu. Arago un jau pašā pētījuma sākumā rakstiet: "Es cerēju izveidot jaunu elektroenerģijas avotu no Arago kunga pieredzes."

Gandrīz vienlaikus ar M. Faradeju izcilais amerikāņu fiziķis Džozefs Henrijs (1797–1878) novēroja elektromagnētisko indukciju. Nav grūti iedomāties, kādas bija zinātnieka, topošā Amerikas Nacionālās Zinātņu akadēmijas prezidenta, izjūtas, kad viņš grasījās publicēt savus novērojumus un uzzināja par M. Faradeja publikāciju. Gadu vēlāk D. Henrijs atklāja pašindukcijas un papildu strāvu fenomenu, kā arī konstatēja ķēdes induktivitātes atkarību no materiāla īpašībām un spoles serdeņu konfigurācijas. 1838. gadā D. Henrijs pētīja "augstākas kārtas straumes", t.i. citu inducēto strāvu izraisītās strāvas. 1842. gadā šo pētījumu turpināšana noveda D. Henriju pie kondensatora izlādes oscilācijas rakstura atklāšanas (vēlāk, 1847. gadā, šo atklājumu atkārtoja izcilais vācu fiziķis Hermanis Helmholcs) (1821–1894).

Pievērsīsimies galvenajiem M. Faradeja eksperimentiem. Pirmā eksperimentu sērija noslēdzās ar eksperimentu, kas demonstrēja "volta-elektriskās" (pēc M. Faradeja terminoloģijas) indukcijas fenomenu (2.13. att. a- G). Atklājot strāvas parādīšanos sekundārajā ķēdē 2 aizverot vai atverot primāro 1 vai primārās un sekundārās ķēdes savstarpējas kustības laikā (2.13. att., iekšā), M. Faradejs veica eksperimentu, lai noskaidrotu inducētās strāvas īpašības: spirāles iekšpusē b, iekļauta sekundārajā ķēdē, tika ievietota tērauda adata 7 (2.13. att., b) kas tika magnetizēts ar inducētu strāvu. Rezultāts parādīja, ka inducētā strāva ir līdzīga strāvai, kas saņemta tieši no galvaniskā akumulatora. 3.

Rīsi. 2.13. Galveno eksperimentu shēmas, kas noveda pie elektromagnētiskās indukcijas atklāšanas

Koka vai kartona bungas nomaiņa 4, uz kura tika uztīts primārais un sekundārais tinums, ar tērauda gredzenu (2.13. att., d), M. Faradejs atklāja intensīvāku galvanometra adatas novirzi. 5. Šī pieredze norādīja uz vides būtisko lomu elektromagnētiskajos procesos. Šeit M. Faradejs pirmo reizi izmanto ierīci, ko var saukt par transformatora prototipu.

Otrā eksperimentu sērija ilustrēja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, kas radās, ja primārajā ķēdē nebija sprieguma avota. Pamatojoties uz to, ka ar strāvu plūstošā spole ir identiska magnētam, M. Faradejs sprieguma avotu aizstāja ar diviem pastāvīgajiem magnētiem (2.13. att. e) un novēroja strāvu sekundārajā tinumā magnētiskās ķēdes aizvēršanas un atvēršanas laikā. Viņš šo parādību nosauca par "magnetoelektrisko indukciju"; vēlāk viņš atzīmēja, ka nav būtiskas atšķirības starp "volta elektrisko" un "magnetoelektrisko" indukciju. Pēc tam abas šīs parādības tika apvienotas ar terminu "elektromagnētiskā indukcija". Noslēguma eksperimentos (2.13. att., e, g) inducētās strāvas izskats tika demonstrēts, kad solenoīda iekšpusē pārvietojas pastāvīgais magnēts vai strāvu nesoša spole. Tieši šis eksperiments skaidrāk nekā citi demonstrēja iespēju pārvērst "magnētismu elektrībā" vai, precīzāk, mehānisko enerģiju elektroenerģijā.

Pamatojoties uz jaunām idejām, M. Faradejs sniedza skaidrojumu par eksperimenta fizisko pusi D.F. Arago. Īsumā viņa argumentāciju var rezumēt šādi. Alumīnija (vai jebkuru citu vadošu, bet nemagnētisku) disku var uzskatīt par riteni ar bezgalīgu liels skaits spieķi - radiālie vadītāji. Ar magnēta un diska relatīvo kustību šie vadītāju spieķi "nogriež magnētiskās līknes" (Faraday terminoloģija), un vadītājos rodas inducēta strāva. Strāvas mijiedarbība ar magnētu jau bija zināma. M. Faradeja interpretācijā uzmanību piesaista terminoloģija un fenomena skaidrošanas metode. Lai noteiktu inducētās strāvas virzienu, viņš ievieš likumu par nazi, kas sagriež spēka līnijas. Tas vēl nav E.H. likums. Lencs, kuram raksturīgs fenomena īpašību universālums, bet katru reizi tikai mēģina ar detalizēti apraksti iestatiet, vai strāva plūdīs no roktura uz asmens galu vai otrādi. Taču šeit svarīga ir fundamentālā aina: M. Faradejs atšķirībā no tāldarbības teorijas piekritējiem telpu, kurā darbojas dažādi spēki, aizpilda ar materiālo vidi, ēteri, attīstot L. Eilera ēterisko teoriju. , kurš, savukārt, ir iespaidojies no idejām M.V. Lomonosovs.

M. Faradejs piešķīra magnētiskajai, bet pēc tam dielektriķu un elektrisko spēka līniju izpētē fizikālu realitāti, apveltīja tās ar elastības īpašību un atrada ļoti ticamus skaidrojumus visdažādākajām elektromagnētiskajām parādībām, izmantojot ideju par \u200b šīs elastīgās līnijas, līdzīgas gumijas pavedieniem.

Ir pagājis vairāk nekā pusotrs gadsimts, un mēs joprojām neesam atraduši ilustratīvāku veidu un shēmu, kā izskaidrot parādības, kas saistītas ar indukciju un elektromehāniskām darbībām, kā slavenais Faradeja līniju jēdziens, kas mums joprojām šķiet materiāli uztverams.

No D.F. Arago M. Faraday patiešām radīja jaunu elektroenerģijas avotu. Palicis alumīnija vai vara diskam griezties starp magnēta poliem, M. Faradejs novietoja otas uz diska ass un tā perifērijā.

Tādējādi tika izstrādāta elektriskā mašīna, kas vēlāk saņēma vienpola ģeneratora nosaukumu.

Analizējot M. Faradeja darbus, skaidri izpaužas vispārējā ideja, kuru izcilais zinātnieks attīstījis visa radošā mūža garumā. Lasot M. Faradeju, ir grūti atbrīvoties no iespaida, ka viņš risināja tikai vienu dažādu enerģijas veidu savstarpējās pārveidošanas problēmu, un visi viņa atklājumi tika veikti nejauši un kalpoja tikai galvenās idejas ilustrēšanai. Viņš pēta Dažādi elektrību (dzīvnieku, galvaniskā, magnētiskā, termoelektrība) un, pierādot to kvalitatīvo identitāti, atklāj elektrolīzes likumu. Tajā pašā laikā elektrolīze, tāpat kā sadalītas vardes muskuļu trīce, sākotnēji kalpoja tikai kā pierādījums tam, ka visi elektrības veidi izpaužas vienādās darbībās.

Statiskās elektrības un elektrostatiskās indukcijas fenomena pētījumi noveda M. Faradeju pie ideju veidošanās par dielektriķiem, pie galīga pārtraukuma ar tāldarbības teoriju, pie ievērojamiem pētījumiem par izlādi gāzēs (Faraday tumšās telpas atklāšana ). Spēku mijiedarbības un savstarpējās konversijas tālāka izpēte lika viņam atklāt gaismas polarizācijas plaknes magnētisko rotāciju, atklāt diamagnētismu un paramagnētismu. Pārliecība par savstarpējo transformāciju universālumu lika M. Faradejam pat pievērsties magnētisma un elektrības attiecību izpētei, no vienas puses, un gravitācijas, no otras puses. Tiesa, Faradeja asprātīgie eksperimenti nedeva pozitīvs rezultāts, taču tas nesatricināja viņa pārliecību par saistību starp šīm parādībām.

M. Faradeja biogrāfiem patīk uzsvērt faktu, ka M. Faradejs izvairījās no matemātikas izmantošanas, kas ir daudzos simtos lappušu viņa " Eksperimentālie pētījumi par elektrību” nav vienas matemātiskas formulas. Šajā sakarā der minēt M. Faradeja tautieša, izcilā fiziķa Džeimsa Klārka Maksvela (1831–1879) izteikumu: matemātiskie simboli. Es arī atklāju, ka šo metodi var izteikt parastajā matemātiskā formā un tādējādi salīdzināt ar profesionālu matemātiķu metodēm.

Faradeja domāšanas "matemātiku" var ilustrēt ar viņa elektrolīzes likumiem vai, piemēram, ar elektromagnētiskās indukcijas likuma formulējumu: iekustinātās elektrības daudzums ir tieši proporcionāls šķērsoto skaitam. spēka līnijas. Pietiek iztēloties pēdējo formulējumu matemātisko simbolu veidā, un uzreiz iegūstam formulu, no kuras ļoti ātri seko slavenais d?/dt, kur? - magnētiskās plūsmas savienojums.

D.K. Maksvels, kurš dzimis elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšanas gadā, ļoti pieticīgi novērtēja savus pakalpojumus zinātnei, uzsverot, ka viņš tikai attīstīja un matemātiskā formā ietērpa M. Faradeja idejas. Maksvela elektromagnētiskā lauka teoriju novērtēja zinātnieki XIX beigas un 20. gadsimta sākums, kad radiotehnika sāka attīstīties uz Faradeja - Maksvela ideju bāzes.

Lai raksturotu M. Faradeja tālredzību, viņa spēju iekļūt vissarežģītāko fizisko parādību dziļumos, ir svarīgi atgādināt, ka tālajā 1832. gadā izcilais zinātnieks uzdrošinājās ierosināt, ka elektromagnētiskie procesi ir viļņveida, ar magnētiskām svārstībām un elektrisko indukciju, kas izplatās ar ierobežotu ātrumu.

1938. gada beigās Londonas Karaliskās biedrības arhīvā tika atrasta aizzīmogota M. Faradeja vēstule, kas datēta ar 1832. gada 12. martu. Tā nogulēja neskaidrībā vairāk nekā 100 gadus, un tajā bija šādas rindas:

“Daži pētījumu rezultāti... lika man secināt, ka nepieciešams laiks, lai magnētiskais efekts izplatītos, t.i. vienam magnētam iedarbojoties uz citu tālu magnētu vai dzelzs gabalu, ietekmējošais cēlonis (ko es atļaušos saukt par magnētismu) no magnētiskajiem ķermeņiem izplatās pakāpeniski un tā izplatībai ir vajadzīgs zināms laiks, kas, acīmredzot, izrādīsies ļoti nenozīmīgs.

Es arī uzskatu, ka elektriskā indukcija izplatās tieši tādā pašā veidā. Uzskatu, ka magnētisko spēku izplatīšanās no magnētiskā pola ir līdzīga satrauktas ūdens virsmas vibrācijām jeb gaisa daļiņu skaņas vibrācijām, t.i. Es plānoju pielietot vibrāciju teoriju magnētiskām parādībām, kā tas tiek darīts skaņai, un tas ir visticamākais gaismas parādību skaidrojums.

Pēc analoģijas es uzskatu, ka ir iespējams piemērot svārstību teoriju elektriskās indukcijas izplatībai. Es vēlos eksperimentāli pārbaudīt šos uzskatus, bet, tā kā mans laiks ir aizņemts ar oficiālu pienākumu veikšanu, kas var izraisīt eksperimentu pagarināšanu ... Es vēlos, nododot šo vēstuli glabāšanā Karaliskajai biedrībai, nodrošināt atklājumu. sev līdz noteiktam datumam ... ".

Tā kā šīs M. Faradeja idejas palika nezināmas, nav pamata atteikt viņa izcilajam tautietim D.K. Maksvels atklāj šīs pašas idejas, kurām viņš piešķīra stingru fizisko un matemātisko formu un fundamentālo nozīmi.

No grāmatas Apbrīnojamā mehānika autors Gūlija Nurbeja Vladimiroviča

Senā podnieka atklāšana Viena no majestātiskākajām Mezopotāmijas pilsētām ir senā Ūra. Tas ir milzīgs un daudzpusīgs. Tas ir gandrīz vesels štats. Dārzi, pilis, darbnīcas, sarežģītas hidrotehniskās būves, reliģiskās celtnes. Nelielā keramikas darbnīcā, pēc izskata

No grāmatas Elektroinstalācijas uzstādīšanas noteikumi jautājumos un atbildēs [Ceļvedis, lai mācītos un sagatavotos zināšanu pārbaudei] autors Krasņiks Valentīns Viktorovičs

Sakaru un telemehānikas ierīču elektromagnētiskās savietojamības nodrošināšana Jautājums. Kā tiek izgatavotas sakaru un telemehānikas ierīces?Atbilde. Tiek veiktas prettrokšņa imunitātes ar pietiekamu pakāpi, lai nodrošinātu to drošu darbību gan normālā, gan ārkārtas situācijā

No grāmatas Secret Cars padomju armija autors Kočņevs Jevgeņijs Dmitrijevičs

Ģimenes "Atvēršana" (KrAZ-6315/6316) (1982 - 1991) 1976. gada februārī tas tika izlaists slepenais dekrēts Ministru padome un PSKP Centrālā komiteja par principiāli jaunu smago armijas kravas automašīnu un autovilcienu attīstību galvenajās padomju automobiļu rūpnīcās, kas izgatavotas atbilstoši prasībām.

No grāmatas Granātas šalkoņa autors Priščepenko Aleksandrs Borisovičs

5.19. Kāpēc jums patīk pastāvīgie magnēti? Pašdarināta ierīce lauka indukcijas mērīšanai. Vēl viena ierīce, kas novērš tinumu aprēķinus

No grāmatas Jauni enerģijas avoti autors Frolovs Aleksandrs Vladimirovičs

17. nodaļa Kapilārās parādības Atsevišķu ierīču klasi vides siltumenerģijas pārveidošanai veido daudzas kapilārās mašīnas, kas darbu veic bez degvielas patēriņa. Tehnoloģiju vēsturē ir ļoti daudz šādu projektu. Grūtības ir tādas pašas

No grāmatas Metāla laikmets autors Nikolajevs Grigorijs Iļjičs

1. nodaļa. PRIESTERA HOBIJU ELEMENTA ATKLĀŠANA Septiņi senatnes metāli, kā arī sērs un ogleklis – tie ir visi elementi, ar kuriem cilvēce ir iepazinusies savas pastāvēšanas daudzo gadu tūkstošu laikā līdz mūsu ēras 13. gadsimtam. Pirms astoņiem gadsimtiem sākās alķīmijas periods. Viņš

No grāmatas Elektrotehnikas vēsture autors Autoru komanda

1.3. ELEKTROENERĢIJAS JAUNU ĪPAŠĪBU ATKLĀŠANA Viens no pirmajiem, kurš, iepazīstoties ar V. Hilberta grāmatu, nolēma iegūt spēcīgākas elektrisko spēku izpausmes, bija pazīstamais gaisa sūkņa izgudrotājs un pieredze ar puslodēm, Magdeburgas burvestors Otto. fon Gērika

No grāmatas Vēsture izcili atklājumi un izgudrojumi (elektrotehnika, elektroenerģētika, radioelektronika) autors Šneibergs Jans Abramovičs

2.4. ELEKTROLOKA ATKLĀŠANA UN TĀ PRAKTISKĀ IZMANTOŠANA No visiem darbiem V.V. Petrova iepazīstina ar savu fenomena atklājumu 1802. gadā elektriskā loka starp diviem oglekļa elektrodiem, kas savienoti ar augsta avota poliem

No autora grāmatas

2.6. TERMOELEKTROTECITĀTES PARĀDĪBAS ATKLĀŠANA UN ELEKTRISKĀS ĶĒTES LIKUMU NOTEIKŠANA Turpinot elektrības un magnētisma parādību izpēti, tika atklāti jauni fakti.

No autora grāmatas

3.5. ROTĒJOŠA MAGNĒTISKĀ LAUKA ATKLĀŠANA UN ASINHRONO ELEKTROMOTORU IZVEIDE

No autora grāmatas

5. NODAĻA Elektromagnētisma atklāšana un dažādu elektrisko mašīnu radīšana, kas iezīmēja elektrifikācijas sākumu "Elektriskā konflikta" ietekmes uz magnētisko adatu atklāšana latīņu valoda neliela brošūra