Odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej strumienia magnetycznego. Faraday

Temat lekcji:

Otwarcie Indukcja elektromagnetyczna. 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 pole magnetyczne na 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 przeprowadzką ładunki elektryczne działają 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, a z niej wyprowadzimy magnes trwały. 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 wyobraził sobie zmienne pole magnetyczne jako zmianę liczby linii sił 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.

Po wepchnięciu magnesu strumień magnetyczny przez pierścień wzrasta: odpychanie pierścienia jednocześnie pokazuje, że prąd indukcyjny w nim ma taki kierunek, w którym wektor indukcji jego pola magnetycznego jest przeciwny do kierunku wektor indukcyjny 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

Przygotuj stół.

Wektor indukcji magnetycznej \(~\vec B\) charakteryzuje pole magnetyczne w każdym punkcie przestrzeni. Wprowadźmy jeszcze jedną wielkość, która zależy od wartości wektora indukcji magnetycznej nie w jednym punkcie, ale we wszystkich punktach dowolnie wybranej powierzchni. Wielkość ta nazywana jest strumieniem wektora indukcji magnetycznej lub strumień magnetyczny.

Wyizolujmy w polu magnetycznym taki mały element powierzchniowy o powierzchni Δ S tak, że indukcję magnetyczną we wszystkich jej punktach można uznać za taką samą. Niech \(~\vec n\) będzie normalną do elementu tworzącego kąt α z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej (rys. 1).

Strumień wektora indukcji magnetycznej przez pole powierzchni Δ S nazwijmy wartość równą iloczynowi modułu wektora indukcji magnetycznej \(~\vec B\) i powierzchni Δ S i cosinus kąta α między wektorami \(~\vec B\) i \(~\vec n\) (normalnie do powierzchni):

\(~\Delta \Phi = B \cdot \Delta S \cdot \cos \alpha\) .

Praca b sałata α = W n jest rzutem wektora indukcji magnetycznej na normalną do elementu. Dlatego

\(~\Delta \Phi = B_n \cdot \Delta S\) .

Przepływ może być dodatni lub ujemny w zależności od wartości kąta α .

Jeśli pole magnetyczne jest jednorodne, to strumień przez płaską powierzchnię o powierzchni S równa się:

\(~\Phi = B \cdot S \cdot \cos \alpha\) .

Strumień indukcji magnetycznej można jednoznacznie zinterpretować jako wielkość proporcjonalną do liczby linii wektora \(~\vec B\) penetrujących dany obszar powierzchni.

Ogólnie rzecz biorąc, powierzchnia może być zamknięta. W tym przypadku liczba linii indukcyjnych wchodzących do wnętrza powierzchni jest równa liczbie linii wychodzących z niej (rys. 2). Jeśli powierzchnia jest zamknięta, to normalna zewnętrzna jest uważana za dodatnią normalną do powierzchni.

Linie indukcji magnetycznej są zamknięte, co oznacza, że strumień indukcji magnetycznej przez zamkniętą powierzchnię jest równy zeru. (Linie wychodzące z powierzchni dają dodatni strumień, a linie wchodzące ujemny). Ta podstawowa właściwość pola magnetycznego wynika z braku ładunków magnetycznych. Gdyby nie było ładunków elektrycznych, strumień elektryczny przez zamkniętą powierzchnię byłby zerowy.

Indukcja elektromagnetyczna

Odkrycie indukcji elektromagnetycznej

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

M. Faraday był przekonany o jednolitej naturze zjawisk elektrycznych i magnetycznych, ale przez długi czas nie można było wykryć związku między tymi zjawiskami. Trudno było wymyślić główny punkt: tylko zmienne w czasie pole magnetyczne może wzbudzić prąd elektryczny w nieruchomej cewce lub sama cewka musi poruszać się w polu magnetycznym.

Odkrycia indukcji elektromagnetycznej, jak Faraday nazwał to zjawisko, dokonano 29 sierpnia 1831 roku krótki opis pierwsze doświadczenie podane przez samego Faradaya. „Drut miedziany o długości 203 stóp (stopa równa się 304,8 mm) nawinięto na szeroką drewnianą cewkę, a między zwojami nawinięto drut o tej samej długości, ale odizolowany od pierwszej nici bawełnianej. Jedna z tych spiral była połączona z galwanometrem, a druga z mocną baterią, składającą się ze 100 par płytek ... Po zamknięciu obwodu można było zauważyć nagły, ale wyjątkowo słaby wpływ na galwanometr i to samo zauważono, gdy prąd się zatrzymał. Przy ciągłym przepływie prądu przez jedną z cewek nie dało się zauważyć żadnego wpływu na galwanometr, ani w ogóle żadnego efektu indukcyjnego na drugą cewkę, mimo że nagrzewanie się całej cewki podłączonej do akumulatora, i jasność iskry skaczącej między węglami świadczy o mocy baterii.

Tak więc początkowo odkryto indukcję w przewodnikach, które były nieruchome względem siebie podczas zamykania i otwierania obwodu. Następnie, wyraźnie rozumiejąc, że zbliżanie lub usuwanie przewodników z prądem powinno prowadzić do tego samego rezultatu, co zamykanie i otwieranie obwodu, Faraday udowodnił eksperymentalnie, że prąd powstaje, gdy cewki poruszają się względem siebie (rys. 3).

Znając prace Ampère'a, Faraday zrozumiał, że magnes to zbiór małych prądów krążących w cząsteczkach. 17 października, jak zapisano w jego dzienniku laboratoryjnym, wykryto prąd indukcyjny w cewce podczas wpychania (lub wyciągania) magnesu (ryc. 4).

W ciągu miesiąca Faraday eksperymentalnie odkrył wszystkie istotne cechy zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Pozostało tylko nadać prawu ścisłą formę ilościową i w pełni ujawnić fizyczną naturę zjawiska. Sam Faraday pojął już wspólną rzecz, która decyduje o pojawieniu się prądu indukcyjnego w eksperymentach, które wyglądają inaczej na zewnątrz.

W zamkniętym obwodzie przewodzącym prąd powstaje, gdy zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej penetrujących powierzchnię ograniczoną przez ten obwód. Zjawisko to nazywa się indukcją elektromagnetyczną.

A im szybciej zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej, tym większy prąd wynikowy. W tym przypadku przyczyna zmiany liczby linii indukcji magnetycznej jest całkowicie obojętna. Może to być zmiana liczby linii indukcji magnetycznej przechodzących przez nieruchomy przewodnik w wyniku zmiany natężenia prądu w sąsiedniej cewce oraz zmiana liczby linii w wyniku ruchu obwodu w niejednorodnym polu magnetycznym , których gęstość linii zmienia się w przestrzeni (ryc. 5).

Zasada Lenza

Prąd indukcyjny, który powstał w przewodniku, natychmiast zaczyna oddziaływać z prądem lub magnesem, który go wytworzył. Jeśli magnes (lub cewkę z prądem) zbliżymy do zamkniętego przewodnika, to powstający prąd indukcyjny z jego polem magnetycznym z konieczności odpycha magnes (cewkę). Należy wykonać pracę, aby zbliżyć magnes i cewkę. Po usunięciu magnesu następuje przyciąganie. Ta zasada jest ściśle przestrzegana. Wyobraź sobie, że rzeczy miałyby się inaczej: popychasz magnes w kierunku cewki, a on sam w nią wpada. To naruszałoby prawo zachowania energii. Wszakże wzrosłaby energia mechaniczna magnesu iw tym samym czasie powstałby prąd, co samo w sobie wymaga wydatkowania energii, ponieważ prąd też może działać. Prąd elektryczny indukowany w tworniku generatora, oddziałując z polem magnetycznym stojana, spowalnia obrót twornika. Tylko dlatego, aby obrócić zworę, konieczne jest wykonanie pracy, im większa, tym większa siła prądu. W wyniku tej pracy powstaje prąd indukcyjny. Warto zauważyć, że gdyby pole magnetyczne naszej planety było bardzo duże i wysoce niejednorodne, to szybkie ruchy ciał przewodzących na jej powierzchni i w atmosferze byłyby niemożliwe ze względu na intensywne oddziaływanie prądu indukowanego w ciele z tym pole. Ciała poruszałyby się jak w gęstym, lepkim ośrodku, a jednocześnie byłyby silnie nagrzewane. Ani samoloty, ani rakiety nie mogły latać. Osoba nie mogła szybko poruszać rękami ani nogami, ponieważ Ludzkie ciało- dobry dyrygent.

Jeżeli cewka, w której indukowany jest prąd, jest nieruchoma w stosunku do sąsiedniej cewki z prąd przemienny, jak na przykład w transformatorze, to w tym przypadku kierunek prądu indukcyjnego jest podyktowany prawem zachowania energii. Prąd ten jest zawsze kierowany w taki sposób, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne ma tendencję do zmniejszania zmian prądu w uzwojeniu pierwotnym.

Odpychanie lub przyciąganie magnesu przez cewkę zależy od kierunku prądu indukcyjnego w nim. Dlatego prawo zachowania energii pozwala nam sformułować regułę określającą kierunek prądu indukcyjnego. Jaka jest różnica między dwoma eksperymentami: podejściem magnesu do cewki i jego usunięciem? W pierwszym przypadku strumień magnetyczny (lub liczba linii indukcji magnetycznej przenikających zwoje cewki) wzrasta (ryc. 6, a), aw drugim przypadku maleje (ryc. 6, b). Ponadto w pierwszym przypadku linie indukcyjne W’ pola magnetycznego wytworzonego przez prąd indukcyjny, który powstał w cewce, wychodzi z górnego końca cewki, ponieważ cewka odpycha magnes, a w drugim przypadku, przeciwnie, wchodzi w ten koniec. Te linie indukcji magnetycznej na rysunku 6 są pokazane z kreską.

Ryż. 6

Teraz doszliśmy do głównego punktu: wraz ze wzrostem strumienia magnetycznego przez zwoje cewki prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne zapobiega wzrostowi strumienia magnetycznego przez zwoje cewki. W końcu wektor indukcyjny \ (~ \ vec B "\) tego pola jest skierowany przeciwko wektorowi indukcyjnemu \ (~ \ vec B \) pola, którego zmiana generuje prąd elektryczny. Jeśli strumień magnetyczny przez cewka słabnie, wtedy prąd indukcyjny wytwarza pole magnetyczne z indukcją \(~\vec B"\) , które zwiększa strumień magnetyczny przez zwoje cewki.

To jest esencja główna zasada określenie kierunku prądu indukcyjnego, który ma zastosowanie we wszystkich przypadkach. Ta zasada została ustanowiona przez rosyjskiego fizyka E. X. Lenza (1804-1865).

Według Zasada Lenza

prąd indukcyjny powstający w obwodzie zamkniętym ma taki kierunek, że wytworzony przez niego strumień magnetyczny przez powierzchnię ograniczoną przez obwód ma tendencję do zapobiegania zmianie strumienia, który generuje ten prąd.

prąd indukcyjny ma taki kierunek, że zapobiega przyczynie, która go powoduje.

W przypadku nadprzewodników kompensacja zmian zewnętrznego strumienia magnetycznego będzie kompletna. Strumień indukcji magnetycznej przez powierzchnię ograniczoną obwodem nadprzewodzącym w żadnych warunkach nie zmienia się w czasie.

Prawo indukcji elektromagnetycznej

Eksperymenty Faradaya wykazały, że siła indukowanego prądu i i w obwodzie przewodzącym jest proporcjonalna do szybkości zmian liczby linii indukcji magnetycznej \(~\vec B\) penetrujących powierzchnię ograniczoną przez ten obwód. Dokładniej, to stwierdzenie można sformułować za pomocą pojęcia strumienia magnetycznego.

Strumień magnetyczny jest jednoznacznie interpretowany jako liczba linii indukcji magnetycznej przenikających powierzchnię o powierzchni S. Dlatego tempo zmian tej liczby to nic innego jak tempo zmiany strumienia magnetycznego. Jeśli w krótkim czasie Δ T strumień magnetyczny zmienia się na Δ F, to tempo zmian strumienia magnetycznego wynosi \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Zatem zdanie wynikające bezpośrednio z doświadczenia można sformułować w następujący sposób:

siła prądu indukcyjnego jest proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną konturem:

\(~I_i \sim \frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Wiadomo, że prąd elektryczny powstaje w obwodzie, gdy siły zewnętrzne działają na wolne ładunki. Działanie tych sił podczas przemieszczania pojedynczego ładunku dodatniego po obwodzie zamkniętym nazywamy siłą elektromotoryczną. W konsekwencji, gdy strumień magnetyczny zmienia się przez powierzchnię ograniczoną konturem, pojawiają się w niej siły zewnętrzne, których działanie charakteryzuje się polem elektromagnetycznym, zwanym polem indukcji. Oznaczmy to literą mi i .

Prawo indukcji elektromagnetycznej zostało sformułowane specjalnie dla pola elektromagnetycznego, a nie dla natężenia prądu. Za pomocą tego sformułowania prawo wyraża istotę zjawiska, która nie zależy od właściwości przewodników, w których występuje prąd indukcyjny.

Według prawo indukcji elektromagnetycznej (EMR)

Indukcja emf w zamkniętej pętli jest równa w wartości bezwzględnej szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną pętlą:

\(~|E_i| = |\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)|\) .

Jak uwzględnić kierunek prądu indukcyjnego (lub znak indukcyjnego pola elektromagnetycznego) w prawie indukcji elektromagnetycznej zgodnie z regułą Lenza?

Rysunek 7 przedstawia zamkniętą pętlę. Za pozytywny uznamy kierunek omijania konturu w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Normalna do konturu \(~\vec n\) tworzy prawą śrubę z kierunkiem obejścia. Znak EMF, czyli praca właściwa, zależy od kierunku sił zewnętrznych w stosunku do kierunku ominięcia obwodu. Jeśli te kierunki się pokrywają, to mi i > 0 i odpowiednio i i > 0. W przeciwnym razie EMF i natężenie prądu są ujemne.

Niech indukcja magnetyczna \(~\vec B\) zewnętrznego pola magnetycznego będzie skierowana wzdłuż normalnej do konturu i wzrasta z czasem. Następnie F> 0 i \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) > 0. Zgodnie z regułą Lenza prąd indukcyjny wytwarza strumień magnetyczny F’ < 0. Линии индукции b’ pola magnetycznego prądu indukcyjnego pokazano na rysunku 7 z kreską. Dlatego prąd indukcyjny i i jest skierowany zgodnie z ruchem wskazówek zegara (przeciwko dodatniemu kierunkowi obejścia), a indukcyjny emf jest ujemny. Dlatego w prawie indukcji elektromagnetycznej musi istnieć znak minus:

\(~E_i = - \frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

W międzynarodowy system jednostek, prawo indukcji elektromagnetycznej służy do ustalenia jednostki strumienia magnetycznego. Ta jednostka nazywa się weber (Wb).

Od EMF indukcji mi i wyraża się w woltach, a czas w sekundach, to z prawa Webera EMP można wyznaczyć w następujący sposób:

strumień magnetyczny przez powierzchnię ograniczoną zamkniętą pętlą jest równy 1 Wb, jeżeli przy równomiernym spadku tego strumienia do zera w ciągu 1 s w pętli występuje emf indukcyjny równy 1 V:

1 Wb \u003d 1 V ∙ 1 s.

Pole wirowe

Zmieniające się w czasie pole magnetyczne generuje pole elektryczne. J. Maxwell jako pierwszy doszedł do tego wniosku.

Teraz w nowym świetle pojawia się przed nami zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Najważniejsze w nim jest proces generowania pola elektrycznego za pomocą pola magnetycznego. W tym przypadku obecność obwodu przewodzącego, takiego jak cewka, nie zmienia istoty sprawy. Przewodnik z dopływem wolnych elektronów (lub innych cząstek) pomaga jedynie wykryć powstające pole elektryczne. Pole wprawia elektrony w ruch w przewodniku i tym samym się ujawnia. Istota zjawiska indukcji elektromagnetycznej w przewodzie stałym polega nie tyle na pojawieniu się prądu indukcyjnego, ile na występowaniu pole elektryczne który napędza ładunki elektryczne.

Pole elektryczne, które powstaje, gdy zmienia się pole magnetyczne, ma zupełnie inną strukturę niż elektrostatyczne. Nie jest bezpośrednio połączona z ładunkami elektrycznymi, a jej linie napięcia nie mogą się na nich zaczynać i kończyć. Na ogół nie zaczynają się ani nie kończą nigdzie, ale są liniami zamkniętymi, podobnymi do linii indukcji pola magnetycznego. To tak zwane wirowe pole elektryczne. Może pojawić się pytanie: dlaczego tak naprawdę to pole nazywa się elektrycznym? W końcu ma ona inne pochodzenie i inną konfigurację niż statyczne pole elektryczne. Odpowiedź jest prosta: pole wirowe działa na ładunek Q w taki sam sposób jak elektrostatyczny, i rozważaliśmy i nadal uważamy to za główną właściwość pola. Siła działająca na ładunek nadal wynosi \(~\vec F = q \vec E\) , gdzie \(~\vec E\) to natężenie pola wirowego. Jeśli strumień magnetyczny jest wytwarzany przez jednorodne pole magnetyczne skoncentrowane w długiej wąskiej cylindrycznej rurce o promieniu r 0 (rys. 8), z rozważań na temat symetrii jest oczywiste, że linie natężenia pola elektrycznego leżą w płaszczyznach prostopadłych do linii \(~\vec B\) i są okręgami. Zgodnie z regułą Lenza, wraz ze wzrostem indukcji magnetycznej \(~\left (\frac(\Delta B)(\Delta t) > 0 \right)\) linie pola \(~\vec E\) tworzą lewa śruba z kierunkiem indukcji magnetycznej \(~\vec B\) .

W przeciwieństwie do statycznego lub stacjonarnego pola elektrycznego, praca pola wirowego na ścieżce zamkniętej nie jest równa zeru. Rzeczywiście, kiedy ładunek się przemieszcza zamknięta linia natężenie pola elektrycznego, praca na wszystkich odcinkach ścieżki ma ten sam znak, ponieważ siła i przemieszczenie pokrywają się w kierunku. Wirowe pole elektryczne, podobnie jak pole magnetyczne, nie jest potencjałem.

Praca wirowego pola elektrycznego podczas przemieszczania pojedynczego ładunku dodatniego wzdłuż zamkniętego nieruchomego przewodnika jest liczbowo równa indukcji EMF w tym przewodniku.

Tak więc zmienne pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne. Ale czy nie uważasz, że jedno stwierdzenie nie wystarczy? Chciałbym wiedzieć, jaki jest mechanizm tego procesu. Czy można wyjaśnić, jak to połączenie pól realizuje się w przyrodzie? I tutaj nie można zaspokoić Twojej naturalnej ciekawości. Po prostu nie ma tu mechanizmu. Prawo indukcji elektromagnetycznej jest podstawowym prawem natury, co oznacza, że jest podstawowe, pierwotne. Wiele zjawisk można wytłumaczyć jego działaniem, ale samo to pozostaje niewytłumaczalne po prostu z tego powodu, że nie ma głębszych praw, z których wynikałoby w konsekwencji. W każdym razie takie prawa są obecnie nieznane. To są wszystkie podstawowe prawa: prawo grawitacji, prawo Coulomba itp.

Oczywiście możemy zadawać dowolne pytania naturze, ale nie wszystkie z nich mają sens. Tak więc na przykład możliwe i konieczne jest badanie przyczyn różnych zjawisk, ale nie ma sensu próbować dowiedzieć się, dlaczego w ogóle istnieje przyczynowość. Taka jest natura rzeczy, taki jest świat, w którym żyjemy.

Literatura

Żyłko W.W. Fizyka: proc. dodatek na 10 klasę. ogólne wykształcenie Szkoła z rosyjskiego język. szkolenie / V.V. Żyłko, A.V. Ławrinienko, L.G. Markowicz. - Mn.: Nar. Asveta, 2001. - 319 s.
Myakishev, G.Ya. Fizyka: Elektrodynamika. 10-11 komórek. : studia. do pogłębionego studium fizyki / G.Ya. Myakishev, A.3. Siniakow, W.A. Słobodskow. – M.: Drop, 2005. – 476 s.

Odpowiedź:

Kolejnym ważnym krokiem w rozwoju elektrodynamiki po eksperymentach Ampère'a było odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Angielski fizyk Michael Faraday (1791 - 1867) odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Faraday, jeszcze młody naukowiec, podobnie jak Oersted, uważał, że wszystkie siły natury są ze sobą powiązane, a ponadto, że są zdolne do wzajemnego przekształcania się. Ciekawe, że Faraday wyraził tę ideę jeszcze przed ustanowieniem prawa zachowania i transformacji energii. Faraday wiedział o odkryciu Ampere, że, mówiąc w przenośni, zamienił elektryczność w magnetyzm. Zastanawiając się nad tym odkryciem, Faraday doszedł do wniosku, że jeśli „elektryczność tworzy magnetyzm”, to na odwrót „magnetyzm musi wytwarzać elektryczność”. W 1823 r. pisał w swoim dzienniku: „Zamień magnetyzm w elektryczność”. Faraday przez osiem lat pracował nad rozwiązaniem problemu. Długi czasŚcigały go niepowodzenia iw końcu w 1831 rozwiązał je – odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Najpierw Faraday odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej w przypadku, gdy cewki są nawinięte na ten sam bęben. Jeżeli prąd elektryczny pojawi się lub zniknie w jednej cewce w wyniku podłączenia do niej lub odłączenia od niej akumulatora galwanicznego, to w tym momencie w drugiej cewce pojawia się prąd krótkotrwały. Prąd ten jest wykrywany przez galwanometr podłączony do drugiej cewki.

Następnie Faraday ustalił również obecność prądu indukcyjnego w cewce, gdy cewka była zbliżana lub oddalana od niej, w której płynął prąd elektryczny.

wreszcie trzeci przypadek indukcji elektromagnetycznej, który odkrył Faraday, polegał na tym, że prąd pojawił się w cewce po włożeniu lub wyjęciu z niej magnesu.

Odkrycie Faradaya przyciągnęło uwagę wielu fizyków, którzy również zaczęli badać cechy zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Kolejnym zadaniem było ustalenie ogólnego prawa indukcji elektromagnetycznej. Należało dowiedzieć się, jak i od czego zależy siła prądu indukcyjnego w przewodzie lub od czego zależy wartość elektromotorycznej siły indukcji w przewodzie, w którym indukowany jest prąd elektryczny.

To zadanie okazało się trudne. Zostało to całkowicie rozwiązane przez Faradaya i Maxwella później w ramach opracowanej przez nich doktryny dotyczącej pola elektromagnetycznego. Ale próbowali go również rozwiązać fizycy, którzy trzymali się teorii dalekiego zasięgu, wspólnej w owym czasie w doktrynie zjawisk elektrycznych i magnetycznych.

Coś, co udało się tym naukowcom zrobić. Jednocześnie pomogła im zasada odkryta przez petersburskiego akademika Emila Christianovicha Lenza (1804 - 1865) dla znalezienia kierunku prądu indukcyjnego w różne okazje Indukcja elektromagnetyczna. Lenz sformułował to w następujący sposób: „Jeżeli przewodnik metalowy 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 kierunek; zakłada się, że przewodnik w spoczynku może poruszać się tylko w kierunku ruchu lub w przeciwnym kierunku.

Ta zasada jest bardzo wygodna przy określaniu kierunku prądu indukcyjnego. Używamy go nawet teraz, tylko teraz jest on sformułowany trochę inaczej, z pogrzebaniem koncepcji indukcji elektromagnetycznej, której Lenz nie używał.

Ale historycznie głównym znaczeniem rządów Lenza było to, że zrodziło się pomysł, jak podejść do znalezienia prawa indukcji elektromagnetycznej. Faktem jest, że w regule atomowej ustala się związek między indukcją elektromagnetyczną a zjawiskiem oddziaływania prądów. Kwestię interakcji prądów rozwiązał już Ampère. Dlatego ustanowienie tego połączenia początkowo umożliwiło określenie wyrażenia na siłę elektromotoryczną indukcji w przewodzie dla wielu szczególnych przypadków.

W ogólny widok Prawo indukcji elektromagnetycznej, jak o tym mówiliśmy, zostało ustanowione przez Faradaya i Maxwella.

Indukcja elektromagnetyczna – zjawisko występowania prąd elektryczny w obwodzie zamkniętym ze zmianą przechodzącego przez niego strumienia magnetycznego.

Indukcję elektromagnetyczną odkrył Michael Faraday 29 sierpnia 1831 r. Odkrył, że siła elektromotoryczna występująca w zamkniętym obwodzie przewodzącym jest proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną przez ten obwód. Wielkość siły elektromotorycznej (EMF) nie zależy od tego, co powoduje zmianę strumienia - zmianę samego pola magnetycznego lub ruch obwodu (lub jego części) w polu magnetycznym. Prąd elektryczny wywołany przez to pole elektromagnetyczne nazywany jest prądem indukcyjnym.

Indukcja własna - występowanie indukcji elektromagnetycznej w zamkniętym obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się prąd przepływający przez obwód.

Kiedy zmienia się prąd w obwodzie, strumień magnetyczny przez powierzchnię ograniczoną przez ten obwód również zmienia się proporcjonalnie. Zmiana tego strumienia magnetycznego, spowodowana prawem indukcji elektromagnetycznej, prowadzi do wzbudzenia indukcyjnego pola elektromagnetycznego w tym obwodzie.

Zjawisko to nazywa się samoindukcją. (Pojęcie to jest powiązane z pojęciem wzajemnej indukcji, będąc niejako jego szczególnym przypadkiem).

Kierunek Samoindukcja EMF zawsze okazuje się, że gdy prąd w obwodzie wzrasta, sem indukcji własnej zapobiega temu wzrostowi (skierowana pod prąd), a gdy prąd maleje, maleje (współkierowana z prądem). Dzięki tej właściwości samoindukcyjne pole elektromagnetyczne jest podobne do siły bezwładności.

Stworzenie pierwszego przekaźnika poprzedził wynalezienie w 1824 r. przez Anglika Sturgeona elektromagnesu - urządzenia, które zamienia wejściowy prąd elektryczny cewki drutu nawiniętej na żelazny rdzeń na pole magnetyczne wytwarzane wewnątrz i na zewnątrz tego rdzenia. Pole magnetyczne zostało utrwalone (wykryte) przez jego oddziaływanie na materiał ferromagnetyczny znajdujący się w pobliżu rdzenia. Ten materiał został przyciągnięty do rdzenia elektromagnesu.

Następnie efekt zamiany energii prądu elektrycznego na energię mechaniczną znaczącego ruchu zewnętrznego materiału ferromagnetycznego (armatura) stanowił podstawę różnych elektromechanicznych urządzeń telekomunikacyjnych (telegrafii i telefonii), elektrotechniki i elektroenergetyki. Jednym z pierwszych takich urządzeń był przekaźnik elektromagnetyczny, wynaleziony przez Amerykanina J. Henry'ego w 1831 roku.

FARADEUS. ODKRYCIE INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

Mając obsesję na punkcie idei nierozerwalnego połączenia i interakcji sił natury, Faraday próbował udowodnić, że tak jak Ampère może tworzyć magnesy za pomocą elektryczności, tak można wytwarzać elektryczność za pomocą magnesów.

Jego logika była prosta: praca mechaniczna łatwo zamienia się w ciepło; I odwrotnie, ciepło można zamienić na Praca mechaniczna(powiedzmy w silnik parowy). Generalnie wśród sił natury najczęściej występuje następująca zależność: jeśli A rodzi B, to B rodzi A.

Jeśli za pomocą elektryczności Ampère uzyskał magnesy, to najwyraźniej możliwe jest „uzyskanie elektryczności ze zwykłego magnetyzmu”. Arago i Ampère postawili sobie to samo zadanie w Paryżu, Colladon w Genewie.

Faraday dużo eksperymentuje, prowadzi pedantyczne notatki. Każdemu małemu studium poświęca jeden akapit w swoich notatkach laboratoryjnych (opublikowanych w całości w Londynie w 1931 r. pod tytułem „Dziennik Faradaya”). Przynajmniej fakt, że ostatni akapit Dziennika oznaczony jest numerem 16041, świadczy o skuteczności Faradaya.

Poza intuicyjnym przekonaniem o uniwersalnym związku zjawisk, tak naprawdę nic nie wspierało go w poszukiwaniach „elektryczności z magnetyzmu”. Ponadto on, podobnie jak jego nauczyciel Devi, polegał bardziej na własnych eksperymentach niż na konstrukcjach umysłowych. Davy nauczył go:

Dobry eksperyment ma większą wartość niż przemyślność takiego geniusza jak Newton.

Niemniej jednak to Faraday był skazany na wielkie odkrycia. Wielki realista, spontanicznie zerwał kajdany empiryzmu, narzucone mu niegdyś przez Devi, iw tych momentach zaświtał mu wielki wgląd - nabył umiejętność najgłębszych uogólnień.

Pierwszy promyk szczęścia pojawił się dopiero 29 sierpnia 1831 roku. Tego dnia Faraday testował w laboratorium proste urządzenie: żelazny pierścień o średnicy około sześciu cali, owinięty wokół dwóch kawałków izolowanego drutu. Kiedy Faraday podłączył baterię do zacisków jednego uzwojenia, jego asystent, sierżant artylerii Andersen, zobaczył igłę galwanometru połączoną z drganiem drugiego uzwojenia.

Jednak drgnął i uspokoił Waszyngton nadal płynął przez pierwsze uzwojenie. Faraday dokładnie przejrzał wszystkie szczegóły tej prostej instalacji - wszystko było w porządku.

Ale wskazówka galwanometru uparcie stała na zero. Z irytacji Faraday postanowił wyłączyć prąd, a potem wydarzył się cud - podczas otwierania obwodu igła galwanometru kołysała się raz po raz i znowu zamarzała na zero!

Faraday był zagubiony: po pierwsze, dlaczego igła zachowuje się tak dziwnie? Po drugie, czy wyładowania, które zauważył, mają związek z poszukiwanym przez niego zjawiskiem?

Właśnie wtedy wielkie idee Ampère'a, związek między prądem elektrycznym a magnetyzmem, zostały objawione Faradayowi z całą jasnością. W końcu pierwsze uzwojenie, do którego przyłożył prąd, natychmiast stało się magnesem. Jeśli uznamy to za magnes, to eksperyment z 29 sierpnia wykazał, że magnetyzm wydawał się powodować powstawanie elektryczności. W tym przypadku tylko dwie rzeczy pozostały dziwne: dlaczego wyładowanie elektryczne po włączeniu elektromagnesu szybko zanikło? A ponadto, dlaczego przepięcie pojawia się, gdy magnes jest wyłączony?

Następnego dnia, 30 sierpnia - Nowy odcinek eksperymenty. Efekt jest wyraźnie wyrażony, ale jednak zupełnie niezrozumiały.

Faraday czuje, że otwór jest gdzieś w pobliżu.

„Teraz znowu zajmuję się elektromagnetyzmem i myślę, że zaatakowałem sukces, ale nie mogę tego jeszcze potwierdzić. Równie dobrze może być tak, że po wszystkich moich trudach w końcu wyrwę wodorosty zamiast ryb.

Następnego ranka, 24 września, Faraday dużo przygotował różne urządzenia, w której głównymi elementami nie były już uzwojenia z prądem elektrycznym, ale magnesy trwałe. I był też efekt! Strzała zboczyła i natychmiast rzuciła się na miejsce. Ten niewielki ruch miał miejsce podczas najbardziej nieoczekiwanych manipulacji magnesem, czasami, jak się wydawało, przez przypadek.

Następny eksperyment odbędzie się 1 października. Faraday postanawia wrócić do samego początku - do dwóch uzwojeń: jednego z prądem, drugiego podłączonego do galwanometru. Różnica w stosunku do pierwszego eksperymentu polega na braku stalowego pierścienia - rdzenia. Plusk jest prawie niezauważalny. Wynik jest banalny. Oczywiste jest, że magnes bez rdzenia jest znacznie słabszy niż magnes z rdzeniem. Dlatego efekt jest mniej wyraźny.

Faraday jest rozczarowany. Przez dwa tygodnie nie podchodzi do instrumentów, zastanawiając się nad przyczynami niepowodzenia.

Faraday z góry wie, jak to będzie. Doświadczenie działa znakomicie.

„Wziąłem cylindryczny pręt magnetyczny (3/4” średnicy i 8 1/4”) i włożyłem jeden koniec w spiralę miedziany przewód(długość 220 stóp) podłączony do galwanometru. Następnie szybkim ruchem wepchnąłem magnes na całą długość spirali i igła galwanometru doznała szoku. Potem równie szybko wyciągnąłem magnes ze spirali, a igła znów się obróciła, ale w przeciwnym kierunku. Te ruchy igły były powtarzane za każdym razem, gdy magnes był wciskany lub wysuwany”.

Sekret tkwi w ruchu magnesu! Impuls elektryczności zależy nie od położenia magnesu, ale od ruchu!

Oznacza to, że „fala elektryczna powstaje tylko wtedy, gdy magnes się porusza, a nie ze względu na właściwości tkwiące w nim w spoczynku”.

Ten pomysł jest niezwykle owocny. Jeśli ruch magnesu względem przewodnika wytwarza energię elektryczną, to najwyraźniej ruch przewodnika względem magnesu również musi generować energię elektryczną! Co więcej, ta „fala elektryczna” nie zniknie, dopóki trwa wzajemny ruch przewodnika i magnesu. Oznacza to, że możliwe jest stworzenie generatora prądu, który będzie działał przez dowolnie długi czas, o ile trwa wzajemny ruch drutu i magnesu!

28 października Faraday zainstalował obracający się miedziany dysk między biegunami magnesu podkowiastego, z którego za pomocą styków ślizgowych (jeden na osi, drugi na obwodzie dysku) można było usunąć napięcie elektryczne. Był to pierwszy generator elektryczny stworzony ludzkimi rękami.

Po „epoce elektromagnetycznej” Faraday został zmuszony do przerwania pracy naukowej na kilka lat – jego układ nerwowy był tak wyczerpany…

Eksperymenty podobne do Faradaya, jak już wspomniano, przeprowadzono we Francji i Szwajcarii. Colladon, profesor Akademii Genewskiej, był wyrafinowanym eksperymentatorem (na przykład tworzył nad Jeziorem Genewskim). dokładne pomiary prędkość dźwięku w wodzie). Być może w obawie przed drżeniem instrumentów, podobnie jak Faraday, usunął galwanometr jak najdalej od reszty instalacji. Wielu twierdziło, że Colladon zaobserwował te same ulotne ruchy strzały co Faraday, ale spodziewając się bardziej stabilnego, trwałego efektu, nie przywiązywał należytej wagi do tych „losowych” wybuchów…

Rzeczywiście, opinia większości ówczesnych naukowców była taka, że odwrotny efekt "wytwarzania elektryczności z magnetyzmu" powinien mieć najwyraźniej taki sam stacjonarny charakter jak efekt "bezpośredni" - "formowanie magnetyzmu" z powodu prądu elektrycznego. Nieoczekiwane „przemijanie” tego efektu zdumiało wielu, w tym Colladona, i ci wielu zapłaciło za swoje uprzedzenia.

Faraday również był początkowo zakłopotany przemijaniem tego efektu, ale ufał bardziej faktom niż teoriom i ostatecznie doszedł do prawa indukcji elektromagnetycznej. To prawo wydawało się wówczas fizykom wadliwe, brzydkie, dziwne, pozbawione wewnętrznej logiki.

Dlaczego prąd jest wzbudzany tylko podczas ruchu magnesu lub zmiany prądu w uzwojeniu?

Nikt tego nie rozumiał. Nawet sam Faraday. Siedemnaście lat później zrozumiał to dwudziestosześcioletni chirurg wojskowy garnizonu prowincjonalnego w Poczdamie, Hermann Helmholtz. W klasycznym artykule „O zachowaniu siły”, formułując swoje prawo zachowania energii, po raz pierwszy udowodnił, że indukcja elektromagnetyczna musi istnieć w tej „brzydkiej” postaci.

Starszy przyjaciel Maxwella, William Thomson, również doszedł do tego niezależnie. Uzyskał także indukcję elektromagnetyczną Faradaya z prawa Ampère'a, z uwzględnieniem prawa zachowania energii.

Tak więc „ulotna” indukcja elektromagnetyczna nabyła prawa obywatelskie i została uznana przez fizyków.

Nie pasowało to jednak do koncepcji i analogii z artykułu Maxwella „O Faraday linie siły”. I to była poważna wada artykułu. W praktyce jego znaczenie zostało zredukowane do zilustrowania faktu, że teorie oddziaływań krótko- i długozasięgowych reprezentują różne opisy matematyczne tych samych danych eksperymentalnych, że linie sił Faradaya nie są sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem. I to wszystko. Wszystko, choć już było dużo.

Z książki Maxwella autor Kartsev Władimir Pietrowicz

DO ELEKTROMAGNETYCZNEJ TEORII ŚWIATŁA Artykuł "O fizycznych liniach sił" został opublikowany w częściach. A trzecia część, podobnie jak obie poprzednie, zawierała nowe idee o niezwykłej wartości.Maxwell pisał: „Trzeba założyć, że substancja komórek ma elastyczność formy,

Z książki Werner von Siemens - biografia autor Weiher Zygfryd von

kabel transatlantycki. Kablowiec „Faraday" Oczywisty sukces linii indoeuropejskiej, zarówno pod względem technicznym, jak i finansowym, powinien zainspirować jej twórców do dalszych przedsięwzięć. Nadarzyła się okazja do rozpoczęcia nowego biznesu, a inspiracją okazała się być

Z książki Wielkie twierdzenie Fermata autor Singh Simon

Dodatek 10. Przykład dowodu przez indukcję W matematyce ważne jest posiadanie dokładnych wzorów, które pozwalają obliczyć sumę różne sekwencje liczby. W tym przypadku chcemy wyprowadzić wzór, który daje sumę pierwszych n liczb naturalnych. Na przykład „suma” to po prostu

Z książki Faradaya autor Radovsky Moses Izrailevich

Z książki Roberta Williamsa Wooda. Kreator nowoczesnej fizyki autor Seabrook William

Z książki Szelest granatu autor Prishchepenko Aleksander Borysowicz

ROZDZIAŁ 11 Wood rozciąga swój rok urlopowy na trzy, stoi tam, gdzie kiedyś stał Faraday, i przemierza naszą planetę wzdłuż i wszerz Przeciętny profesor uniwersytecki jest szczęśliwy, jeśli uda mu się dostać rok wolny co siedem lat. Ale drewno nie jest

Z księgi Kurchatova autor Astashenkov Petr Timofiejewicz

Z książki Podróż dookoła świata autor Forster Georg

Oto odkrycie! Trudny akademik Ioffe i jego pracownicy od dawna interesowali się nietypowym zachowaniem w pole elektryczne kryształy soli Rochelle'a (podwójna sól sodowa kwasu winowego). Sól ta była do tej pory mało zbadana, a były tylko

Z książki Zodiak autor Szara Robert

Z książki 50 geniuszy, którzy zmienili świat autor Ochkurova Oksana Juriewna

1 DAVID FARADAY I BETTY LOU JENSEN Piątek, 20 grudnia 1968 David Faraday jechał powoli przez łagodne wzgórza Vallejo, nie skręcając specjalna uwaga do mostu Golden Gate, do jachtów i szybowców, które migotały w zatoce San Pablo, do wyraźnych sylwetek dźwigów portowych i

Z książki Uncooled Memory [kolekcja] autor Druyan Borys Grigorievich

Michael Faraday (ur. 1791 - zm. 1867) Wybitny angielski naukowiec, fizyk i chemik, twórca teorii pola elektromagnetycznego, który odkrył indukcję elektromagnetyczną - zjawisko stanowiące podstawę elektrotechniki, a także praw elektrolizy, zwana go

Od Francisa Bacona autor Subbotin Aleksander Leonidowicz

Otwarcie Jeden z pochmurnych jesiennych dni 1965 roku we wstępniaku fikcja W Lenizdat pojawił się młody mężczyzna z chudą teczką urzędniczą w ręku. Można by się domyślać z absolutną pewnością, że zawiera poezję. Był wyraźnie zakłopotany i nie wiedząc do kogo

Z książki Taniec w Auschwitz autor Glaser Paul

Z książki Wielcy chemicy. W 2 tomach. TI autor Manolov Kaloyan

Odkrycie Jeden z moich kolegów pochodzi z Austrii. Jesteśmy przyjaciółmi i pewnego wieczoru podczas rozmowy zauważa, że nazwisko Glaser było bardzo popularne w przedwojennym Wiedniu. Ojciec powiedział mi kiedyś, pamiętam, że nasi dalecy przodkowie mieszkali w części niemieckojęzycznej

Z książki Nietzschego. Dla tych, którzy chcą robić wszystko. Aforyzmy, metafory, cytaty autor Sirota E.L.

MICHAEL FARADAY (1791-1867) Powietrze w introligatorni wypełniał zapach kleju do drewna. Siedząc wśród stosu książek, robotnicy wesoło gawędzili i starannie zszywali wydrukowane arkusze. Michael przyklejał gruby tom Encyklopedii Britannica. Chciał to przeczytać

Z książki autora

Odkrycie południa Jesienią 1881 roku Nietzsche uległ czarowi twórczości Georges'a Bizeta - jego "Carmen" wysłuchał w Genui około dwudziestu razy! Georges Bizet (1838-1875) - słynny francuski kompozytor romantyczny Wiosna 1882 r. - nowa podróż: z Genui statkiem do Mesyny, o której trochę

Po odkryciach Ersted I Amper stało się jasne, że elektryczność ma siłę magnetyczną. Teraz trzeba było potwierdzić wpływ zjawisk magnetycznych na elektryczne. Ten problem znakomicie rozwiązał Faraday.

Michael Faraday (1791-1867) urodził się w Londynie, jednej z najbiedniejszych jego części. Jego ojciec był kowalem, a matka córką dzierżawcy rolnika. Kiedy Faraday osiągnął wiek szkolny, został wysłany do szkoły podstawowej. Kurs Faradaya był tutaj bardzo wąski i ograniczał się jedynie do nauki czytania, pisania i początku liczenia.

Kilka kroków od domu, w którym mieszkała rodzina Faradayów, znajdowała się księgarnia, będąca jednocześnie zakładem introligatorskim. Tu dotarł Faraday po ukończeniu kursu Szkoła Podstawowa gdy pojawiło się pytanie o wybór dla niego zawodu. Michael w tym czasie miał zaledwie 13 lat. Już w młodości, gdy Faraday dopiero rozpoczynał samokształcenie, starał się opierać wyłącznie na faktach i weryfikować relacje innych z własnymi doświadczeniami.

Aspiracje te dominowały w nim przez całe życie jako główne cechy jego działalności naukowej. Eksperymenty chemiczne Faraday zaczął to robić jako chłopiec przy pierwszej znajomości fizyki i chemii. Kiedyś Michael uczestniczył w jednym z wykładów Humphrey Davy, wielki fizyk angielski.

Faraday zrobił szczegółową notatkę z wykładu, oprawił go i wysłał Davy'emu. Był pod takim wrażeniem, że zaproponował Faradayowi pracę z nim jako sekretarz. Wkrótce Davy udał się w podróż do Europy i zabrał ze sobą Faradaya. Przez dwa lata odwiedzali największe europejskie uczelnie.

Po powrocie do Londynu w 1815 Faraday rozpoczął pracę jako asystent w jednym z laboratoriów Royal Institution w Londynie. W tym czasie było to jedno z najlepszych laboratoriów fizycznych na świecie.W latach 1816-1818 Faraday opublikował szereg drobnych notatek i pamiętników z dziedziny chemii. Pierwsza praca Faradaya na temat fizyki pochodzi z 1818 roku.

Opierając się na doświadczeniach poprzedników i łącząc kilka własne doświadczenia, do września 1821 r. Michael wpisał „Historia sukcesu elektromagnetyzmu”. Już wtedy wymyślił całkowicie poprawną koncepcję istoty zjawiska odchylania igły magnetycznej pod wpływem prądu.

Po osiągnięciu tego sukcesu Faraday porzucił studia w dziedzinie elektryczności na dziesięć lat, poświęcając się studiowaniu wielu różnych przedmiotów. W 1823 Faraday dokonał jednego z najważniejszych odkryć w dziedzinie fizyki - po raz pierwszy osiągnął upłynnienie gazu, a jednocześnie ustalił prostą, ale słuszną metodę przekształcania gazów w ciecz. W 1824 Faraday dokonał kilku odkryć w dziedzinie fizyki.

Między innymi ustalił, że światło wpływa na kolor szkła, zmieniając go. W Następny rok Faraday ponownie przechodzi od fizyki do chemii, a efektem jego pracy w tej dziedzinie jest odkrycie benzyny i siarkowego kwasu naftalenowego.

W 1831 roku Faraday opublikował traktat O szczególnym rodzaju złudzenia optycznego, który posłużył za podstawę pięknego i ciekawego pocisku optycznego zwanego „chromotropem”. W tym samym roku ukazał się kolejny traktat naukowca „O wibrujących płytach”. Wiele z tych prac mogłoby same uwiecznić nazwisko autora. Ale najważniejsze z prace naukowe Faradaya są jego badaniami w dziedzinie e elektromagnetyzm i indukcja elektryczna.

Ściśle mówiąc, ważna gałąź fizyki, która zajmuje się zjawiskami elektromagnetyzmu i elektryczności indukcyjnej, a która ma obecnie tak wielkie znaczenie dla techniki, została stworzona przez Faradaya z niczego.

Zanim Faraday w końcu poświęcił się badaniom w dziedzinie elektryczności, ustalono, że z zwykłe warunki obecność naelektryzowanego ciała wystarcza, aby jego wpływ wzbudził elektryczność w każdym innym ciele. Jednocześnie wiedziano, że przewód, przez który przepływa prąd i będący jednocześnie ciałem naelektryzowanym, nie ma żadnego wpływu na inne znajdujące się w pobliżu przewody.

Co spowodowało ten wyjątek? To jest pytanie, które zainteresowało Faradaya i którego rozwiązanie doprowadziło go do… główne odkrycia w dziedzinie elektryczności indukcyjnej. Jak zwykle Faraday rozpoczął serię eksperymentów, które miały wyjaśnić istotę sprawy.

Faraday nawinął dwa izolowane druty równolegle do siebie na tym samym drewnianym wałku do ciasta. Podłączył końce jednego przewodu do baterii składającej się z dziesięciu elementów, a końce drugiego do czułego galwanometru. Kiedy prąd przeszedł przez pierwszy przewód,

Faraday skupił całą swoją uwagę na galwanometrze, spodziewając się, że z jego oscylacji zauważy pojawienie się prądu również w drugim przewodzie. Jednak nic takiego nie było: galwanometr pozostał spokojny. Faraday postanowił zwiększyć prąd i wprowadził do obwodu 120 ogniw galwanicznych. Wynik jest taki sam. Faraday powtórzył ten eksperyment dziesiątki razy, wszystkie z takim samym sukcesem.

Każdy inny na jego miejscu opuściłby eksperyment, przekonany, że prąd przepływający przez przewód nie ma wpływu na sąsiedni przewód. Ale Faraday zawsze starał się wydobyć ze swoich eksperymentów i obserwacji wszystko, co mogli dać, dlatego nie otrzymawszy bezpośredniego wpływu na przewód podłączony do galwanometru, zaczął szukać skutków ubocznych.

Od razu zauważył, że galwanometr, pozostając całkowicie spokojny przez cały przepływ prądu, zaczął oscylować na samym zamknięciu obwodu i przy jego otwarciu. Drugi przewód jest również wzbudzany przez prąd, który w pierwszym przypadku jest przeciwny do pierwszego prądu i to samo z nim w drugim przypadku i trwa tylko jedną chwilę.

Te wtórne chwilowe prądy, wywołane wpływem pierwotnych, zostały nazwane przez Faradaya indukcyjnymi i nazwa ta została dla nich zachowana do dziś. Prądy indukcyjne, jako chwilowe, natychmiast zanikające po ich pojawieniu się, nie miałyby praktycznego znaczenia, gdyby Faraday nie znalazł sposobu, za pomocą genialnego urządzenia (komutatora), na ciągłe przerywanie i ponowne przewodzenie prądu pierwotnego pochodzącego z akumulatora przez pierwszy drut, dzięki czemu w drugim drucie jest ciągle wzbudzany przez coraz większe prądy indukcyjne, stając się w ten sposób stały. Więc znaleziono nowe źródło energia elektryczna, oprócz wcześniej znanych (procesy tarcia i chemiczne), - indukcja, oraz nowy rodzaj ta energia - elektryczność indukcyjna.

Kontynuując swoje eksperymenty, Faraday odkrył dalej, że proste przybliżenie drutu skręconego w zamkniętą krzywą do drugiego, wzdłuż którego płynie prąd galwaniczny, wystarczy do wzbudzenia prądu indukcyjnego w kierunku przeciwnym do prądu galwanicznego w przewodzie neutralnym, że usunięcie przewodu neutralnego ponownie wzbudza w nim prąd indukcyjny. Prąd jest już w tym samym kierunku, co prąd galwaniczny płynący po nieruchomym przewodzie, i ostatecznie te prądy indukcyjne są wzbudzane tylko podczas zbliżania się i usuwania przewód do przewodnika prądu galwanicznego, a bez tego ruchu prądy nie są wzbudzane, bez względu na to, jak blisko siebie znajdują się przewody.

W ten sposób odkryto nowe zjawisko, podobne do opisanego powyżej zjawiska indukcji podczas zamykania i zakańczania prądu galwanicznego. Te odkrycia z kolei dały początek nowym. Jeśli możliwe jest wytworzenie prądu indukcyjnego poprzez zamknięcie i zatrzymanie prądu galwanicznego, czy nie uzyska się tego samego rezultatu z namagnesowania i rozmagnesowania żelaza?

Prace Oersteda i Ampère'a ustaliły już związek między magnetyzmem a elektrycznością. Wiadomo było, że żelazo staje się magnesem, gdy owinięty jest wokół niego izolowany drut, przez który przepływa prąd galwaniczny, i że właściwości magnetyczne tego żelaza ustają, gdy tylko ustanie prąd.

Na tej podstawie Faraday wymyślił tego rodzaju eksperyment: dwa izolowane przewody owinięte wokół żelaznego pierścienia; ponadto jeden drut był owinięty wokół jednej połowy pierścienia, a drugi wokół drugiej. Przez jeden przewód przepływał prąd z akumulatora galwanicznego, a końce drugiego były podłączone do galwanometru. I tak, gdy prąd zamknął się lub zatrzymał, a w konsekwencji żelazny pierścień został namagnesowany lub rozmagnesowany, igła galwanometru oscylowała szybko, a następnie szybko się zatrzymała, to znaczy wszystkie te same chwilowe prądy indukcyjne były wzbudzane w przewodzie neutralnym - to czas: już pod wpływem magnetyzmu.

Tak więc tutaj po raz pierwszy magnetyzm został zamieniony na elektryczność. Po otrzymaniu tych wyników Faraday postanowił urozmaicić swoje eksperymenty. Zamiast żelaznego pierścienia zaczął używać żelaznej opaski. Zamiast wzbudzać magnetyzm w żelazie prądem galwanicznym, namagnesował żelazo, dotykając go stałym magnesem stalowym. Rezultat był taki sam: zawsze w drucie owiniętym wokół żelaza! prąd był wzbudzany w momencie namagnesowania i rozmagnesowania żelaza.

Następnie Faraday wprowadził w drucianą spiralę stalowy magnes - zbliżanie się i usuwanie tego ostatniego powodowało w drucie prądy indukcyjne. Jednym słowem magnetyzm, w sensie wzbudzania prądów indukcyjnych, działał dokładnie tak samo jak prąd galwaniczny.