>> Otwarcie Indukcja elektromagnetyczna

Rozdział 2. INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA

Do tej pory rozważaliśmy pola elektryczne i magnetyczne, które nie zmieniają się w czasie. Stwierdzono, że pole elektrostatyczne tworzą nieruchome naładowane cząstki, a pole magnetyczne tworzą poruszające się, czyli prąd elektryczny. Zapoznajmy się teraz z polami elektrycznymi i magnetycznymi, które zmieniają się w czasie.

Bardzo ważny fakt, co zostało odkryte, jest najbliższym związkiem pola elektrycznego i magnetycznego. Okazało się, że generuje zmienne w czasie pole magnetyczne pole elektryczne, a zmieniające się pole elektryczne jest magnetyczne. Bez tego połączenia między polami różnorodność przejawów sił elektromagnetycznych nie byłaby tak rozległa, jak się faktycznie obserwuje. Nie byłoby fal radiowych ani światła.

§ 8 ODKRYCIE INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

W 1821 r. M. Faraday napisał w swoim dzienniku: „Zamień magnetyzm w elektryczność”. Po 10 latach ten problem został przez niego rozwiązany.

To nie przypadek, że pierwszy decydujący krok w odkryciu nowych właściwości oddziaływań elektromagnetycznych dokonał M. Faraday, twórca idei pola elektromagnetycznego, który był przekonany o zunifikowanej naturze elektryczności i zjawiska magnetyczne. Dzięki temu dokonał odkrycia, które stało się podstawą do projektowania generatorów wszystkich elektrowni na świecie, przetwarzających energię mechaniczną na energię prądu elektrycznego. (Źródła działające na innych zasadach: ogniwa galwaniczne, baterie itp. dostarczają znikomy ułamek generowanej energii elektrycznej.)

Prąd elektryczny, przekonywał M. Faraday, jest w stanie namagnesować kawałek żelaza. Czy magnes z kolei może wywołać prąd elektryczny? Długi czas nie można znaleźć tego połączenia. Trudno było pomyśleć o głównej rzeczy, a mianowicie: poruszający się magnes lub zmieniające się w czasie pole magnetyczne może wzbudzać Elektryczność w cewce.

Jakie wypadki mogłyby uniemożliwić odkrycie, pokazuje następujący fakt. Niemal równocześnie z Faradaya szwajcarski fizyk Colladon próbował uzyskać prąd elektryczny w cewce za pomocą magnesu. W swojej pracy wykorzystywał galwanometr, którego lekka igła magnetyczna została umieszczona wewnątrz cewki urządzenia. Aby magnes nie miał bezpośredniego wpływu na strzałę, końce cewki, w które Colladon wprowadził magnes, mając nadzieję na uzyskanie w nim prądu, zostały wyprowadzone sąsiedni pokój i są podłączone do galwanometru. Po włożeniu magnesu do cewki Colladon przeszedł do sąsiedniego pokoju i był rozczarowany przekonaniem, że galwanometr nie pokazuje prądu. Gdyby tylko mógł cały czas obserwować galwanometr i poprosić kogoś o pracę nad magnesem, dokonałby niezwykłego odkrycia. Ale tak się nie stało. Magnes w spoczynku względem cewki nie powoduje w nim prądu.

Treść lekcji podsumowanie lekcji wsparcie ramka prezentacja lekcji metody akceleracyjne technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia samokontrola warsztaty, szkolenia, case'y, questy praca domowa pytania do dyskusji pytania retoryczne od studentów Ilustracje audio, wideoklipy i multimedia fotografie, obrazki grafika, tabele, schematy humor, anegdoty, dowcipy, komiksy przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły chipy dla dociekliwych ściągawki podręczniki podstawowe i dodatkowe słowniczek pojęć inne Doskonalenie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu w podręczniku elementów innowacji na lekcji zastępując przestarzałą wiedzę nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarza przez rok wytyczne programy dyskusyjne Zintegrowane lekcje

Temat lekcji:

Odkrycie indukcji elektromagnetycznej. strumień magnetyczny.

Cel: zapoznanie studentów ze zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej.

Podczas zajęć

I. Moment organizacyjny

II. Aktualizacja wiedzy.

1. Badanie czołowe.

• Jaka jest hipoteza Ampère'a?
• Co to jest przepuszczalność magnetyczna?
• Jakie substancje nazywamy para- i diamagnesami?
• Czym są ferryty?
• Gdzie są używane ferryty?
• Skąd wiesz, że wokół Ziemi istnieje pole magnetyczne?
• Gdzie są północne i południowe bieguny magnetyczne Ziemi?
• Jakie procesy zachodzą w magnetosferze Ziemi?
• Jaki jest powód istnienia pola magnetycznego w pobliżu Ziemi?

2. Analiza eksperymentów.

Eksperyment 1

Igła magnetyczna na statywie została przeniesiona na dolny, a następnie na górny koniec statywu. Dlaczego strzałka zwraca się w dolny koniec statywu z obu stron z biegunem południowym, a w górny koniec - w północny koniec?(Wszystkie żelazne przedmioty znajdują się w polu magnetycznym Ziemi. Pod wpływem tego pola są namagnesowane, a dolna część obiektu wykrywa północny biegun magnetyczny, a górna - południowy.)

Eksperyment 2

W dużym korku zrób mały rowek na kawałek drutu. Opuść korek do wody i umieść drut na górze, umieszczając go wzdłuż równoległego. W tym przypadku drut wraz z korkiem jest obracany i instalowany wzdłuż południka. Czemu?(Drut został namagnesowany i jest osadzony w polu Ziemi jak igła magnetyczna.)

III. Nauka nowego materiału

Między poruszającymi się ładunkami elektrycznymi występują siły magnetyczne. Oddziaływania magnetyczne są opisane w oparciu o koncepcję pola magnetycznego, które istnieje wokół poruszających się ładunków elektrycznych. Pola elektryczne i magnetyczne są generowane przez te same źródła – ładunki elektryczne. Można przypuszczać, że istnieje między nimi związek.

W 1831 roku M. Faraday potwierdził to eksperymentalnie. Odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej (slajdy 1.2).

Eksperyment 1

Podłączamy galwanometr do cewki i z niego wysuwamy trwały magnes. Obserwujemy odchylenie igły galwanometru, pojawił się prąd (indukcja) (slajd 3).

Prąd w przewodzie występuje, gdy przewód znajduje się w obszarze przemiennego pola magnetycznego (slajd 4-7).

Faraday reprezentował zmienne pole magnetyczne jako zmianę liczby linii siły przenikających powierzchnię ograniczoną określonym konturem. Ta liczba zależy od indukcji W pole magnetyczne z obszaru konturu S i jego orientacji w danej dziedzinie.

F \u003d BS cos a - strumień magnetyczny.

F [Wb] Weber (slajd 8)

Prąd indukcyjny może mieć różne kierunki, w zależności od tego, czy strumień magnetyczny przenikający obwód zmniejsza się, czy zwiększa. Zasadę określania kierunku indukowanego prądu sformułowano w 1833 roku. E. X. Lenz.

Eksperyment 2

Wsuwamy magnes trwały w lekki aluminiowy pierścień. Pierścień jest od niego odpychany, a po rozciągnięciu przyciąga magnes.

Wynik nie zależy od polaryzacji magnesu. Odpychanie i przyciąganie tłumaczy się pojawieniem się w nim prądu indukcyjnego.

Kiedy magnes jest wpychany, strumień magnetyczny przez pierścień wzrasta: odpychanie pierścienia w tym przypadku pokazuje, że prąd indukcyjny w nim ma taki kierunek, w którym wektor indukcji jego pola magnetycznego jest przeciwny do wektora indukcji zewnętrznego pola magnetycznego.

Zasada Lenza:

Prąd indukcyjny ma zawsze taki kierunek, aby jego pole magnetyczne zapobiegało jakimkolwiek zmianom strumienia magnetycznego, powodując wygląd prąd indukcyjny(slajd 9).

IV. Prowadzenie prac laboratoryjnych

Prace laboratoryjne na temat „Eksperymentalna weryfikacja reguły Lenza”

Urządzenia i materiały:miliamperomierz, cewka-cewka, łukowaty magnes.

Proces pracy

1. Przygotuj stół.

Nowy okres w rozwoju nauk fizycznych rozpoczyna się od genialnego odkrycia Faradaya Indukcja elektromagnetyczna. To właśnie w tym odkryciu wyraźnie zamanifestowała się zdolność nauki do wzbogacania technologii o nowe idee. Już sam Faraday na podstawie swojego odkrycia przewidział istnienie fal elektromagnetycznych. 12 marca 1832 r. zakleił kopertę z napisem „Nowe Poglądy, które teraz należy przechowywać w zaklejonej kopercie w archiwach Towarzystwa Królewskiego”. Koperta ta została otwarta w 1938 roku. Okazało się, że Faraday dość wyraźnie rozumiał, że działania indukcyjne rozchodzą się ze skończoną prędkością w sposób falowy. „Uważam, że można zastosować teorię oscylacji do propagacji indukcji elektrycznej” – napisał Faraday. Jednocześnie zwrócił uwagę, że „rozprzestrzenianie się efektu magnetycznego wymaga czasu, to znaczy, gdy magnes działa na inny odległy magnes lub kawałek żelaza, oddziałująca przyczyna (którą pozwolę sobie nazwać magnetyzmem) rozprzestrzenia się z ciał magnetycznych stopniowo i wymaga pewnego czasu na jego propagację, która oczywiście okaże się bardzo mała.Uważam też, że indukcja elektryczna rozchodzi się dokładnie w ten sam sposób.Uważam, że propagacja sił magnetycznych z bieguna magnetycznego jest podobna do oscylacja wzburzonej powierzchni wody lub wibracje dźwiękowe cząsteczki powietrza.

Faraday zrozumiał wagę swojego pomysłu i nie mogąc go przetestować eksperymentalnie, postanowił za pomocą tej koperty „zabezpieczyć dla siebie odkrycie, a tym samym mieć prawo, w przypadku eksperymentalnego potwierdzenia, zadeklarować tę datę data jego odkrycia." Tak więc 12 marca 1832 roku ludzkość po raz pierwszy wpadła na pomysł istnienia fale elektromagnetyczne. Od tej daty zaczyna się historia odkrycia radio.

Ale odkrycie Faradaya miało znaczenie nie tylko w historii techniki. Miało to ogromny wpływ na rozwój światopoglądu naukowego. Z tego odkrycia wkracza fizyka nowy obiekt - pole fizyczne. Zatem odkrycie Faradaya należy do tych fundamentalnych odkrycia naukowe które zostawiają zauważalny ślad w całej historii ludzkiej kultury.

Introligator, syn kowala z Londynu urodził się w Londynie 22 września 1791 roku. Genialny samouk nie miał nawet okazji dokończyć Szkoła Podstawowa i utorował drogę samej nauce. Podczas studiów introligatorskich czytał książki, zwłaszcza z chemii, robił Eksperymenty chemiczne. słuchający wykłady publiczne słynny chemik Davy, był w końcu przekonany, że jego powołaniem jest nauka, i zwrócił się do niego z prośbą o zatrudnienie w Instytucie Królewskim. Od 1813 r., kiedy Faraday został przyjęty do instytutu jako asystent laboratoryjny, aż do swojej śmierci (25 sierpnia 1867 r.) żył nauką. Już w 1821 roku, kiedy Faraday otrzymał rotację elektromagnetyczną, postawił sobie za cel „przekształcenie magnetyzmu w elektryczność”. Dziesięć lat poszukiwań i ciężkiej pracy zakończyło się odkryciem 29 sierpnia 1871 roku indukcji elektromagnetycznej.

„Dwieście trzy stopy miedzianego drutu w jednym kawałku nawinięto na duży drewniany bęben; kolejne dwieście trzy stopy tego samego drutu izolowano spiralnie między zwojami pierwszego uzwojenia, przy czym metaliczny kontakt został usunięty za pomocą przewodu. Jedna z tych spiral była połączona z galwanometrem, a druga z dobrze naładowaną baterią składającą się ze stu par czterocalowych, kwadratowych płytek z podwójnymi miedzianymi płytkami. chwilowy, ale bardzo nieznaczny wpływ na galwanometr, podobnie słaby efekt miał miejsce przy otwarciu styku z akumulatorem. Tak Faraday opisał swoje pierwsze doświadczenie z indukowaniem prądów. Nazwał ten rodzaj indukcji indukcyjno-elektrycznej. Następnie opisuje swoje główne doświadczenia z żelaznym pierścieniem, prototypem nowoczesnego transformator.

„Pierścień był spawany z okrągłego pręta z miękkiego żelaza; grubość metalu wynosiła siedem ósmych cala, a zewnętrzna średnica pierścienia wynosiła sześć cali. Na jednej części tego pierścienia nawinięto trzy spirale, z których każda zawierała około dwudziestu czterech stóp miedzianego drutu o grubości jednej dwudziestej cala Cewki były izolowane od żelaza i od siebie nawzajem… zajmując około dziewięciu cali długości pierścienia. Mogły być używane pojedynczo i w połączeniu, to grupa jest oznaczona jako A. Z drugiej strony pierścienia nawinięto w ten sam sposób około sześćdziesięciu stóp miedzianego drutu na dwa kawałki, które utworzyły spiralę B, mającą ten sam kierunek co spirale A, ale oddzieloną od nich na obu końcach przez około pół cala przez gołe żelazo.

Spirala B podłączona druty miedziane z galwanometrem umieszczonym w odległości trzech stóp od żelazka. Oddzielne cewki były połączone końcami, tak aby utworzyć wspólną spiralę, której końce były połączone z baterią dziesięciu par płyt o powierzchni czterech cali kwadratowych. Galwanometr zareagował natychmiast i znacznie silniej niż zaobserwowano, jak opisano powyżej, używając dziesięciokrotnie silniejszej spirali, ale bez żelaza; jednak mimo utrzymywania kontaktu akcja ustała. Gdy kontakt z baterią został otwarty, strzałka ponownie mocno odchyliła się, ale w kierunku przeciwnym do indukowanego w pierwszym przypadku.

Faraday dalej badał wpływ żelaza poprzez bezpośrednie doświadczenie, wprowadzając żelazny pręt do wydrążonej cewki, w tym przypadku „indukowany prąd miał bardzo silny wpływ na galwanometr”. „Podobne działanie uzyskano wtedy za pomocą zwykłego magnesy". Faraday nazwał to działanie indukcja magnetoelektryczna, zakładając, że charakter indukcji woltaicznej i magnetoelektrycznej jest taki sam.

Wszystkie opisane eksperymenty stanowią treść pierwszego i drugiego odcinka klasycznego dzieła Faradaya” Badania eksperymentalne o elektryczności”, rozpoczętego 24 listopada 1831 r. W trzeciej części tej serii „O nowym elektrycznym stanie materii” Faraday po raz pierwszy próbuje opisać nowe właściwości ciał przejawiające się w indukcji elektromagnetycznej. Własność tę nazywa odkrył „stan elektrotoniczny". Jest to pierwszy zalążek pola idei, ukształtowanego później przez Faradaya i po raz pierwszy precyzyjnie sformułowanego przez Maxwella. Czwarta część pierwszej serii poświęcona jest wyjaśnieniu zjawiska Arago. Faraday poprawnie klasyfikuje zjawisko to jako zjawisko indukcji i próbuje za pomocą tego zjawiska „uzyskać nowe źródło elektryczności". Kiedy miedziany dysk porusza się między biegunami magnesu, uzyskuje prąd w galwanometrze za pomocą styków ślizgowych. Był to pierwszy Maszyna na dynamo. Faraday podsumowuje wyniki swoich eksperymentów następującymi słowami: „Pokazano więc, że za pomocą zwykłego magnesu można wytworzyć stały prąd elektryczny”. Na podstawie swoich eksperymentów dotyczących indukcji w poruszających się przewodnikach Faraday wydedukował związek między biegunem magnesu, poruszającym się przewodnikiem a kierunkiem indukowanego prądu, tj. „prawo rządzące wytwarzaniem elektryczności przez indukcję magnetoelektryczną”. W wyniku swoich badań Faraday odkrył, że „zdolność do indukowania prądów przejawia się w okręgu wokół wypadkowej magnetycznej osi siły w dokładnie taki sam sposób, w jaki magnetyzm wokół okręgu powstaje wokół prądu elektrycznego i jest przez niego wykrywany” *.

* (Panie Faraday, Badania eksperymentalne nad elektrycznością, t. I, wyd. AN SSSR, 1947, s. 57.)

Innymi słowy, pole elektryczne wiru powstaje wokół zmiennego strumienia magnetycznego, tak jak pole magnetyczne wiru powstaje wokół prądu elektrycznego. Ten fundamentalny fakt uogólnił Maxwell w postaci swoich dwóch równań pola elektromagnetycznego.

Badanie zjawisk indukcji elektromagnetycznej, w szczególności indukcyjnego działania ziemskiego pola magnetycznego, poświęcone jest także drugiej serii „Badań”, rozpoczętej 12 stycznia 1832 r. Trzecia seria, rozpoczęta 10 stycznia 1833 r. Faraday poświęca się udowadnianiu tożsamości różnego rodzaju elektryczność: elektrostatyczna, galwaniczna, zwierzęca, magnetoelektryczna (czyli uzyskana na drodze indukcji elektromagnetycznej). Faraday doszedł do wniosku, że energia elektryczna odebrana różne sposoby, jakościowo taka sama, różnica w działaniach jest tylko ilościowa. Był to ostateczny cios dla koncepcji różnych „płynów” elektryczności żywicy i szkła, galwanizmu, elektryczności zwierzęcej. Elektryczność okazała się pojedynczą, ale biegunową jednostką.

Bardzo ważna jest piąta seria Dochodzeń Faradaya, rozpoczęta 18 czerwca 1833 r. Tu Faraday rozpoczyna swoje badania nad elektrolizą, które doprowadziły go do ustanowienia słynnych praw, które noszą jego imię. Badania te kontynuowano w siódmej serii, która rozpoczęła się 9 stycznia 1834 roku. W tej ostatniej serii Faraday proponuje nową terminologię: proponuje nazywanie biegunów dostarczających prąd do elektrolitu elektrody, zadzwoń do elektrody dodatniej anoda, i negatyw katoda, cząstki osadzonej materii trafiające do anody, którą nazywa aniony, a cząstki trafiające do katody - kationy. Co więcej, jest właścicielem warunków elektrolit dla substancji degradowalnych, jony I równoważniki elektrochemiczne. Wszystkie te terminy są mocno zakorzenione w nauce. Faraday wyciąga słuszny wniosek z praw, które odkrył, że można mówić o niektórych ilość bezwzględna elektryczność związana z atomami zwykłej materii. „Chociaż nic nie wiemy o tym, czym jest atom”, pisze Faraday, „mimowolnie wyobrażamy sobie jakąś małą cząsteczkę, która pojawia się w naszym umyśle, gdy o tym myślimy; jednak w tej samej lub nawet większej ignorancji jesteśmy w odniesieniu do elektryczności, jesteśmy nie potrafimy nawet powiedzieć, czy jest to szczególna materia, czy sprawy, czy po prostu ruch zwykłej materii, czy inny rodzaj siły lub czynnika, niemniej jednak istnieje ogromna liczba faktów, które każą nam sądzić, że atomy materii są w jakiś sposób obdarzone lub połączone z siłami elektrycznymi i im zawdzięczają swoje najbardziej niezwykłe właściwości, w tym wzajemne powinowactwo chemiczne.

* (Panie Faraday, Badania eksperymentalne nad elektrycznością, t. I, wyd. AN SSSR, 1947, s. 335.)

W ten sposób Faraday jasno wyraził ideę „elektryfikacji” materii, struktura atomowa elektryczność, a atom elektryczności, czyli, jak ujął to Faraday, „bezwzględna ilość elektryczności”, okazuje się być "określona w swoim działaniu, jak każdy z te ilości które pozostając połączone z cząsteczkami materii, informują je o ich powinowactwo chemiczne. Podstawowy ładunek elektryczny, jak pokazano dalszy rozwój fizyki, rzeczywiście można wyznaczyć z praw Faradaya.

Ogromne znaczenie miała dziewiąta seria „Dochodzeń” Faradaya. Seria ta, rozpoczęta 18 grudnia 1834 r., dotyczyła zjawisk samoindukcji, dodatkowych prądów zamykania i otwierania. Faraday w opisie tych zjawisk wskazuje, że choć mają one cechy bezwładność, jednak zjawisko samoindukcji różni się od bezwładności mechanicznej tym, że zależą one od formularze konduktor. Faraday zauważa, że ​​„dodatkowy prąd jest identyczny z… prądem indukowanym” * . W rezultacie Faraday miał pojęcie o bardzo szerokim znaczeniu procesu indukcji. W jedenastej serii swoich badań, rozpoczętych 30 listopada 1837 r., stwierdza: „Indukcja odgrywa najogólniejszą rolę we wszystkich zjawiska elektryczne, uczestnicząc najwyraźniej w każdym z nich, a w rzeczywistości nosi cechy pierwszego i zasadniczego początku „**. W szczególności według Faradaya każdy proces ładowania jest procesem indukcyjnym, stronniczośćładunki przeciwne: „substancje nie mogą być ładowane bezwzględnie, a jedynie względnie, zgodnie z prawem identycznym z indukcją. Każdy ładunek jest wspierany przez indukcję. Wszystkie zjawiska Napięcie zawierać początek indukcji" ***. Znaczenie tych stwierdzeń Faradaya jest takie, że każdemu polu elektrycznemu ("zjawisko napięcia" - w terminologii Faradaya) koniecznie towarzyszy proces indukcji w medium ("przemieszczenie" - u Maxwella później terminologii). Proces ten jest determinowany przez właściwości medium , jego „indukcyjność” w terminologii Faradaya lub „przenikalność dielektryczną” we współczesnej terminologii. Doświadczenie Faradaya z kondensatorem sferycznym określiło przenikalność wielu substancji w odniesieniu do powietrze Te eksperymenty umocniły Faradaya w idei zasadniczej roli ośrodka w procesach elektromagnetycznych.

* (Panie Faraday, Badania eksperymentalne nad elektrycznością, t. I, wyd. AN SSSR, 1947, s. 445.)

** (Panie Faraday, Badania eksperymentalne nad elektrycznością, t. I, wyd. AN SSSR, 1947, s. 478.)

*** (Panie Faraday, Badania eksperymentalne nad elektrycznością, t. I, wyd. AN SSSR, 1947, s. 487.)

Prawo indukcji elektromagnetycznej zostało znacząco rozwinięte przez rosyjskiego fizyka z Akademii Petersburskiej Emil Christianovich Lenz(1804-1865). 29 listopada 1833 Lenz zgłosił do Akademii Nauk swoje badania „O określaniu kierunku prądów galwanicznych wzbudzanych przez indukcję elektrodynamiczną”. Lenz wykazał, że indukcja magnetoelektryczna Faradaya jest ściśle powiązana z siłami elektromagnetycznymi Ampère'a. „Propozycja redukcji zjawiska magnetoelektrycznego do elektromagnetycznego jest następująca: jeśli metalowy przewodnik porusza się w pobliżu prądu galwanicznego lub magnesu, to prąd galwaniczny jest w nim wzbudzany w takim kierunku, że gdyby ten przewodnik był nieruchomy, to prąd mógłby spowodować jego ruch w przeciwnym kierunku; zakłada się, że przewodnik w spoczynku może poruszać się tylko w kierunku ruchu lub w kierunku przeciwnym” * .

* (E. X. Lenza, Wybrane prace, wyd. AN SSSR, 1950, s. 148-149.)

Ta zasada Lenza ujawnia energię procesów indukcyjnych i odegrała ważną rolę w pracy Helmholtza nad ustaleniem prawa zachowania energii. Sam Lenz wyprowadził ze swojej reguły znaną w elektrotechnice zasadę odwracalności maszyny elektromagnetyczne: jeśli obrócisz cewkę między biegunami magnesu, generuje prąd; wręcz przeciwnie, jeśli zostanie do niego przesłany prąd, będzie się obracał. Silnik elektryczny można przekształcić w generator i odwrotnie. Badając działanie maszyn magnetoelektrycznych, Lenz odkrywa w 1847 reakcję twornika.

W latach 1842-1843. Lenz stworzył klasyczne studium „O prawach wytwarzania ciepła przez prąd galwaniczny” (opublikowane 2 grudnia 1842 r., opublikowane w 1843 r.), które rozpoczął na długo przed podobnymi eksperymentami Joule'a (przesłanie Joule'a pojawiło się w październiku 1841 r.) i kontynuował je pomimo publikacja Joule, „ponieważ eksperymenty tego ostatniego mogą spotkać się z pewnymi uzasadnionymi zastrzeżeniami, co wykazał już nasz kolega, pan akademik Hess” * . Lenz mierzy wielkość prądu za pomocą kompasu stycznego, urządzenia wynalezionego przez profesora Helsingfors Johanna Nerwandera (1805-1848), a w pierwszej części swojego przesłania bada to urządzenie. W drugiej części „Uwolnienia ciepła w drutach”, ogłoszonej 11 sierpnia 1843 r., dochodzi do słynnego prawa:

"
1. Nagrzewanie drutu prądem galwanicznym jest proporcjonalne do rezystancji drutu.
2. Nagrzewanie drutu prądem galwanicznym jest proporcjonalne do kwadratu prądu użytego do nagrzewania „**.

* (E. X. Lenza, Wybrane prace, wyd. AN SSSR, 1950, s. 361.)

** (E. X. Lenza, Wybrane prace, wyd. AN SSSR, 1950, s. 441.)

Prawo Joule'a-Lenza odegrało ważną rolę w ustanowieniu prawa zachowania energii. Cały rozwój nauki o zjawiskach elektrycznych i magnetycznych doprowadził do idei jedności sił przyrody, do idei zachowania tych „sił”.

Niemal równocześnie z Faraday, amerykański fizyk zaobserwował indukcję elektromagnetyczną. Józef Henryk(1797-1878). Henry wykonał duży elektromagnes (1828), który, zasilany przez ogniwo galwaniczne o niskiej rezystancji, utrzymywał obciążenie 2000 funtów. Faraday wspomina o tym elektromagnesie i wskazuje, że z jego pomocą można uzyskać silną iskrę po otwarciu.

Henryk po raz pierwszy (1832) zaobserwował zjawisko samoindukcji, a jego priorytet wyznacza nazwa jednostki samoindukcji „henry”.

W 1842 Henryk założył charakter oscylacyjny rozładowanie słoika Leiden. Cienka szklana igła, za pomocą której badał to zjawisko, została namagnesowana różnymi biegunami, podczas gdy kierunek wyładowania pozostał niezmieniony. „Wyładowanie, bez względu na jego charakter”, konkluduje Henry, „nie jest przedstawiane (stosując teorię Franklina. - PK) jako pojedynczy transfer nieważkiego płynu z jednej płyty na drugą; odkryte zjawisko każe nam przyznać istnienie głównego wyładowania w jednym kierunku, a potem kilka dziwnych ruchów do tyłu i do przodu, z których każdy jest słabszy niż poprzedni, trwający aż do osiągnięcia równowagi.

Zjawiska indukcji stają się tematem przewodnim w badania fizyczne. W 1845 niemiecki fizyk Franza Neumanna(1798-1895) podał matematyczne wyrażenie prawo indukcji, podsumowując badania Faradaya i Lenza.

Siła elektromotoryczna indukcji została wyrażona przez Neumanna jako pochodna czasowa jakiejś funkcji indukującej prąd oraz wzajemna konfiguracja oddziałujących prądów. Neumann nazwał tę funkcję potencjał elektrodynamiczny. Znalazł też wyrażenie na współczynnik indukcji wzajemnej. W swoim eseju „O zachowaniu siły” z 1847 r. Helmholtz wyprowadza wyrażenie Neumanna dla prawa indukcji elektromagnetycznej ze względów energetycznych. W tym samym eseju Helmholtz twierdzi, że rozładowanie kondensatora „nie jest… prostym ruchem elektryczności w jednym kierunku, ale… jego przepływem w jednym lub drugim kierunku między dwiema płytami w postaci oscylacji, które stają się coraz mniej i mniej, aż w końcu cała siła życia zostanie zniszczona przez sumę oporów.

W 1853 r. William Thomson(1824-1907) dał teoria matematyczna oscylacyjne rozładowanie kondensatora i ustalono zależność okresu drgań od parametrów obwód oscylacyjny(wzór Thomsona).

W 1858 r P. Blaserna(1836-1918) wykonał eksperymentalną krzywą rezonansową oscylacji elektrycznych, badając działanie obwodu indukującego wyładowanie, zawierającego baterię kondensatorów i zwierających przewody z obwodem bocznym, o zmiennej długości indukowanego przewodnika. W tym samym 1858 Wilhelm Feddersen(1832-1918) zaobserwował wyładowanie iskrowe w słoiku lejdeńskim w wirującym lustrze, aw 1862 sfotografował obraz wyładowania iskrowego w wirującym lustrze. W ten sposób oscylacyjny charakter wyładowania został ustalony z całkowitą jasnością. W tym samym czasie eksperymentalnie przetestowano formułę Thomsona. Tak więc, krok po kroku, doktryna wahania elektryczne, stanowiąca podstawę naukową elektrotechniki prądów przemiennych i radiotechniki.

Historia odkrycia indukcji elektromagnetycznej. Odkrycia Hansa Christiana Oersteda i André Marie Ampère wykazały, że elektryczność ma siłę magnetyczną. Wpływ zjawisk magnetycznych na zjawiska elektryczne odkrył Michael Faraday. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () „Zamień magnetyzm w elektryczność”, napisał w swoim dzienniku w 1822 roku. Angielski fizyk, twórca teorii pola elektromagnetycznego, zagraniczny członek honorowy Petersburskiej Akademii Nauk (1830).

Opis eksperymentów Michaela Faradaya drewniany klocek rana druga druty miedziane. Jeden z przewodów był podłączony do galwanometru, drugi do mocnego akumulatora. Gdy obwód był zamknięty, zaobserwowano nagłe, ale bardzo słabe działanie na galwanometrze, a to samo działanie zaobserwowano po zatrzymaniu prądu. Przy ciągłym przepływie prądu przez jedną ze spiral nie było możliwe wykrycie odchyleń igły galwanometru

Opis eksperymentów Michaela Faradaya Kolejny eksperyment polegał na zarejestrowaniu przepięć prądu na końcach cewki, wewnątrz której umieszczono magnes trwały. Faraday nazwał takie wybuchy „falami elektryczności”

SEM indukcji SEM indukcji, która powoduje wyładowania prądu ("fale elektryczności"), nie zależy od wielkości strumienia magnetycznego, ale od szybkości jego zmiany.

1. Określ kierunek linii indukcji pola zewnętrznego B (opuszczają N i wchodzą S). 2. Określ, czy strumień magnetyczny w obwodzie wzrasta, czy maleje (jeśli magnes jest wepchnięty do pierścienia, to Ф> 0, jeśli jest wyciągnięty, to Ф 0, jeśli jest wyciągnięty, to Ф 0, jeśli jest wyciągnięty jest wyciągnięty, to Ф 0, jeśli jest wyciągnięty, to Ф 0 , jeśli jest wyciągnięty, to Ф
3. Określić kierunek linii indukcyjnych pola magnetycznego B wytworzonego przez prąd indukcyjny (jeśli F>0, to linie B i B są skierowane w przeciwnych kierunkach; jeśli F 0, to linie B i B są skierowane w przeciwnych kierunkach; jeśli F 0, to proste B i B są skierowane w przeciwnych kierunkach; jeśli Ф 0, to proste B i B są skierowane w przeciwnych kierunkach; jeśli Ф 0, to proste B i B są skierowane w przeciwnych kierunkach; jeśli

Pytania Sformułuj prawo indukcji elektromagnetycznej. Kto jest założycielem tego prawa? Co to jest prąd indukowany i jak określić jego kierunek? Co decyduje o wielkości pola elektromagnetycznego indukcji? Zasada działania jakich urządzeń elektrycznych opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej?

Indukcja elektromagnetyczna- jest to zjawisko polegające na pojawieniu się prądu elektrycznego w zamkniętym przewodniku w wyniku zmiany pola magnetycznego, w którym się znajduje. Zjawisko to odkrył angielski fizyk M. Faraday w 1831 roku. Jego istotę można wyjaśnić kilkoma prostymi eksperymentami.

Opisane w eksperymentach Faradaya otrzymywanie zasady prąd przemienny stosowany w generatorach indukcyjnych generujących energia elektryczna w elektrowniach cieplnych lub wodnych. Opór obrotu wirnika generatora, który powstaje, gdy prąd indukcyjny oddziałuje z polem magnetycznym, jest pokonywany dzięki pracy turbiny parowej lub hydraulicznej, która obraca wirnik. Takie generatory przekształcać energię mechaniczną w energię elektryczną .

Prądy wirowe lub prądy Foucault

Jeśli masywny przewodnik zostanie umieszczony w zmiennym polu magnetycznym, to w tym przewodniku, ze względu na zjawisko indukcji elektromagnetycznej, powstają prądy wirowe indukcyjne, zwane prądy Foucaulta.

prądy wirowe powstają również, gdy masywny przewodnik porusza się w stałym, ale niejednorodnym polu magnetycznym w przestrzeni. Prądy Foucaulta mają taki kierunek, że działająca na nie siła w polu magnetycznym spowalnia ruch przewodnika. Wahadło w postaci solidnej metalowej płyty wykonanej z materiału niemagnetycznego, który oscyluje między biegunami elektromagnesu, zatrzymuje się nagle po włączeniu pola magnetycznego.

W wielu przypadkach nagrzewanie spowodowane prądami Foucaulta okazuje się szkodliwe i należy się z nim uporać. Rdzenie transformatorów, wirniki silników elektrycznych zbudowane są z oddzielnych płyt żelaznych oddzielonych warstwami izolatora, który zapobiega powstawaniu dużych prądów indukcyjnych, a same płytki wykonane są ze stopów o wysokiej rezystywności.

Pole elektromagnetyczne

Pole elektryczne wytworzone przez ładunki stacjonarne jest statyczne i działa na ładunki. DC powoduje pojawienie się stałego w czasie pola magnetycznego działającego na poruszające się ładunki i prądy. Elektryczne i pole magnetyczne istnieją w tym przypadku niezależnie od siebie.

Zjawisko Indukcja elektromagnetyczna pokazuje wzajemne oddziaływanie tych pól, obserwowane w substancjach, w których znajdują się ładunki wolne, czyli w przewodnikach. Zmienne pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne, które działając na swobodne ładunki wytwarza prąd elektryczny. Ten prąd, będąc przemiennym, z kolei generuje zmienne pole magnetyczne, które wytwarza pole elektryczne w tym samym przewodniku itp.

Połączenie przemiennych pól elektrycznych i przemiennych pól magnetycznych, które się wzajemnie generują, nazywa się pole elektromagnetyczne . Może również istnieć w medium, w którym nie ma darmowych opłat, i rozchodzi się w przestrzeni w formie fala elektromagnetyczna.

klasyczny elektrodynamika- jeden z najwyższe osiągnięcia umysł ludzki. Miała ogromny wpływ na dalszy rozwój ludzka cywilizacja, przewidując istnienie fal elektromagnetycznych. Doprowadziło to później do powstania systemów radiowych, telewizyjnych, telekomunikacyjnych, nawigacji satelitarnej, a także komputerów, robotów przemysłowych i domowych oraz innych atrybutów współczesnego życia.

kamień węgielny Teorie Maxwella było twierdzenie, że tylko zmienne pole elektryczne może służyć jako źródło pola magnetycznego, tak samo jak źródło pole elektryczne, tworzący prąd indukcyjny w przewodniku, jest zmiennym polem magnetycznym. Obecność przewodnika w tym przypadku nie jest konieczna - pole elektryczne powstaje również w pustej przestrzeni. Linie zmiennego pola elektrycznego, podobnie jak linie pola magnetycznego, są zamknięte. Pola elektryczne i magnetyczne fali elektromagnetycznej są równe.

Indukcja elektromagnetyczna w schematach i tabelach