การค้นพบปรากฏการณ์ฟลักซ์แม่เหล็กเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ฟาราเดย์

หัวข้อบทเรียน:

เปิด การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า. สนามแม่เหล็ก.

เป้า: แนะนำนักเรียนให้รู้จักปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ระหว่างเรียน

I. ช่วงเวลาขององค์กร

ครั้งที่สอง อัพเดทความรู้.

1. การสำรวจหน้าผาก

สมมติฐานของแอมแปร์คืออะไร?
การซึมผ่านของแม่เหล็กคืออะไร?
สารใดเรียกว่าพารา- และไดอะแมกเนติก
เฟอร์ไรต์คืออะไร?
เฟอร์ไรต์ใช้ที่ไหน?
คุณรู้ได้อย่างไรว่ามีสนามแม่เหล็กรอบโลก?
ขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ของโลกอยู่ที่ไหน
กระบวนการใดเกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กของโลก
อะไรเป็นเหตุของการดำรงอยู่ สนามแม่เหล็กที่แผ่นดิน?

2. การวิเคราะห์การทดลอง

การทดลอง 1

เข็มแม่เหล็กบนขาตั้งถูกนำไปที่ด้านล่างแล้วไปที่ปลายด้านบนของขาตั้งกล้อง เหตุใดลูกศรจึงหันไปที่ปลายล่างของขาตั้งกล้องจากด้านใดด้านหนึ่งด้วยขั้วใต้ และไปทางปลายด้านบน - ด้านเหนือ?(วัตถุเหล็กทั้งหมดอยู่ในสนามแม่เหล็กของโลก ภายใต้อิทธิพลของสนามนี้ พวกมันจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก และส่วนล่างของวัตถุจะตรวจจับขั้วแม่เหล็กเหนือ และด้านบน-ใต้)

การทดลอง 2

ในจุกไม้ก๊อกขนาดใหญ่ ทำร่องเล็ก ๆ สำหรับชิ้นส่วนของลวด ลดก๊อกลงไปในน้ำแล้ววางลวดไว้ด้านบนโดยวางตามแนวขนาน ในกรณีนี้ ลวดพร้อมกับจุกจะหมุนและติดตั้งตามแนวเส้นเมอริเดียน ทำไม(ลวดถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและตั้งอยู่ในสนามโลกเหมือนเข็มแม่เหล็ก)

สาม. การเรียนรู้วัสดุใหม่

ระหว่างการเคลื่อนย้าย ค่าไฟฟ้าแรงแม่เหล็กกระทำ ปฏิกิริยาแม่เหล็กถูกอธิบายตามแนวคิดของสนามแม่เหล็กที่มีอยู่รอบประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเกิดจากแหล่งเดียวกัน นั่นคือ ประจุไฟฟ้า สามารถสันนิษฐานได้ว่ามีการเชื่อมต่อระหว่างกัน

ในปี พ.ศ. 2374 เอ็ม. ฟาราเดย์ยืนยันการทดลองนี้ เขาค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (สไลด์ 1.2)

การทดลอง 1

เราเชื่อมต่อกัลวาโนมิเตอร์กับขดลวดและเราจะดึงแม่เหล็กถาวรออกมา เราสังเกตการเบี่ยงเบนของเข็มกัลวาโนมิเตอร์ซึ่งมีกระแส (การเหนี่ยวนำ) ปรากฏขึ้น (สไลด์ 3)

กระแสในตัวนำเกิดขึ้นเมื่อตัวนำอยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ (สไลด์ 4-7)

ฟาราเดย์จินตนาการถึงสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นแรงที่เจาะพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยเส้นขอบที่กำหนด ตัวเลขนี้ขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำที่ สนามแม่เหล็กจากพื้นที่รูปร่างส และการวางแนวในฟิลด์ที่กำหนด

F \u003d BS cos a - สนามแม่เหล็ก.

F [Wb] เวเบอร์ (สไลด์ 8)

กระแสเหนี่ยวนำสามารถมีทิศทางต่างกันได้ ซึ่งขึ้นอยู่กับว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่แทรกเข้าไปในวงจรจะลดลงหรือเพิ่มขึ้น กฎการกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำถูกกำหนดขึ้นในปี พ.ศ. 2376 อี เอ็กซ์ เลนซ์

การทดลอง 2

เราเลื่อนแม่เหล็กถาวรเป็นวงแหวนอลูมิเนียมน้ำหนักเบา แหวนถูกผลักออกจากวงแหวนและเมื่อขยายออกไปจะดึงดูดแม่เหล็ก

ผลลัพธ์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขั้วของแม่เหล็ก แรงผลักและแรงดึงดูดอธิบายได้จากการปรากฏตัวของกระแสเหนี่ยวนำในนั้น

เมื่อแม่เหล็กถูกผลักเข้าไป ฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านวงแหวนจะเพิ่มขึ้น: แรงผลักของวงแหวนพร้อมๆ กันแสดงว่ากระแสเหนี่ยวนำในนั้นมีทิศทางที่เวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กของมันอยู่ตรงข้ามกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก เวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอก

กฎของเลนซ์:

กระแสเหนี่ยวนำมักจะมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กของมันป้องกันการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในฟลักซ์แม่เหล็ก ทำให้เกิดรูปลักษณ์กระแสเหนี่ยวนำ(สไลด์ 9)

IV. ดำเนินการห้องปฏิบัติการ

ห้องปฏิบัติการทำงานในหัวข้อ "การทดลองตรวจสอบกฎ Lenz"

อุปกรณ์และวัสดุ:milliammeter, คอยล์คอยล์, แม่เหล็กคันศร

ความคืบหน้า

เตรียมโต๊ะ.

เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก \(~\vec B\) กำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กในแต่ละจุดในอวกาศ ให้เราแนะนำอีกปริมาณหนึ่งที่ขึ้นอยู่กับค่าของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไม่ใช่ที่จุดเดียว แต่ในทุกจุดของพื้นผิวที่เลือกโดยพลการ ปริมาณนี้เรียกว่าฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กหรือ สนามแม่เหล็ก.

ให้เราแยกองค์ประกอบพื้นผิวขนาดเล็กที่มีพื้นที่Δ .ในสนามแม่เหล็กออกจากกัน สเพื่อให้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กทุกจุดสามารถพิจารณาได้เหมือนกัน ให้ \(~\vec n\) เป็นปกติขององค์ประกอบที่สร้างมุม α ด้วยทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (รูปที่ 1)

ฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นที่ผิว Δ สเรียกค่าเท่ากับผลคูณของโมดูลัสของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก \(~\vec B\) และพื้นที่ Δ สและโคไซน์ของมุม α ระหว่างเวกเตอร์ \(~\vec B\) และ \(~\vec n\) (ปกติกับพื้นผิว):

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

ทำงาน บี cos α = ที่ n คือการฉายภาพของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กบนเส้นปกติไปยังองค์ประกอบ นั่นเป็นเหตุผลที่

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

การไหลสามารถเป็นได้ทั้งบวกหรือลบขึ้นอยู่กับค่าของมุม α .

ถ้าสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ แสดงว่าฟลักซ์ผ่านพื้นผิวเรียบที่มีพื้นที่ สเท่ากับ:

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

ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสามารถตีความได้อย่างชัดเจนว่าเป็นปริมาณที่เป็นสัดส่วนกับจำนวนเส้นของเวกเตอร์ \(~\vec B\) ที่เจาะพื้นที่ที่กำหนดของพื้นผิว

โดยทั่วไปพื้นผิวสามารถปิดได้ ในกรณีนี้ จำนวนเส้นเหนี่ยวนำที่เข้าสู่ด้านในของพื้นผิวจะเท่ากับจำนวนเส้นที่ปล่อยออกมา (รูปที่ 2) ถ้าพื้นผิวปิดอยู่ ค่าปกติภายนอกจะถือเป็นค่าปกติบวกของพื้นผิว

เส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กถูกปิด ซึ่งหมายความว่าฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิวปิดมีค่าเท่ากับศูนย์ (เส้นที่ออกจากพื้นผิวให้ฟลักซ์บวก และเส้นที่เข้าสู่ขั้วลบ) คุณสมบัติพื้นฐานของสนามแม่เหล็กนี้เกิดจากการไม่มีประจุแม่เหล็ก หากไม่มีประจุไฟฟ้า ฟลักซ์ไฟฟ้าที่ผ่านพื้นผิวปิดจะเป็นศูนย์

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ในปี ค.ศ. 1821 ไมเคิล ฟาราเดย์เขียนไว้ในไดอารี่ของเขาว่า "เปลี่ยนสนามแม่เหล็กให้เป็นไฟฟ้า" หลังจาก 10 ปี ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยเขา

M. Faraday มั่นใจในธรรมชาติที่เป็นหนึ่งเดียวของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก แต่เป็นเวลานานที่ความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์เหล่านี้ไม่สามารถตรวจพบได้ เป็นการยากที่จะนึกถึงประเด็นหลัก: มีเพียงสนามแม่เหล็กที่แปรตามเวลาเท่านั้นที่สามารถกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในขดลวดคงที่ หรือตัวขดลวดเองจะต้องเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก

การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าตามที่ฟาราเดย์เรียกปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 ที่นี่ คำอธิบายสั้นประสบการณ์ครั้งแรกของฟาราเดย์เอง “ลวดทองแดงยาว 203 ฟุต (หนึ่งฟุตเท่ากับ 304.8 มม.) พันบนม้วนไม้กว้าง และลวดที่มีความยาวเท่ากันถูกพันระหว่างการหมุนของมัน แต่แยกออกจากด้ายฝ้ายเส้นแรก หนึ่งในเกลียวเหล่านี้เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์และอีกอันเป็นแบตเตอรี่ที่แข็งแรงซึ่งประกอบด้วยเพลต 100 คู่ ... เมื่อวงจรถูกปิด เป็นไปได้ที่จะสังเกตเห็นผลกระทบอย่างฉับพลัน แต่อ่อนแออย่างยิ่งต่อกัลวาโนมิเตอร์และ เช่นเดียวกันเมื่อกระแสหยุด ด้วยกระแสที่ไหลผ่านอย่างต่อเนื่องในขดลวดตัวใดตัวหนึ่ง จึงไม่สามารถสังเกตผลกระทบใดๆ ต่อกัลวาโนมิเตอร์ หรือโดยทั่วไปแล้วผลกระทบทางอุปนัยใดๆ ต่ออีกขดลวดหนึ่ง แม้ว่าความร้อนของขดลวดทั้งหมดจะเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ก็ตาม และความสว่างของประกายไฟที่กระโดดไปมาระหว่างถ่าน ซึ่งเป็นพยานถึงพลังงานแบตเตอรี่

ดังนั้น ในตอนแรก การเหนี่ยวนำถูกค้นพบในตัวนำที่ไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กันในระหว่างการปิดและเปิดวงจร จากนั้น เข้าใจอย่างชัดเจนว่าการเข้าใกล้หรือการกำจัดตัวนำที่มีกระแสไฟควรนำไปสู่ผลลัพธ์เช่นเดียวกับการปิดและเปิดวงจร ฟาราเดย์พิสูจน์ผ่านการทดลองว่ากระแสเกิดขึ้นเมื่อขดลวดเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน (รูปที่ 3)

ฟาราเดย์คุ้นเคยกับผลงานของแอมแปร์และเข้าใจว่าแม่เหล็กคือกลุ่มของกระแสน้ำขนาดเล็กที่หมุนเวียนอยู่ในโมเลกุล เมื่อวันที่ 17 ตุลาคม ตามที่บันทึกไว้ในสมุดบันทึกของห้องปฏิบัติการ ตรวจพบกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดในระหว่างการผลัก (หรือดึงออก) ของแม่เหล็ก (รูปที่ 4)

ภายในหนึ่งเดือน ฟาราเดย์ได้ทดลองค้นพบคุณสมบัติที่สำคัญทั้งหมดของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า มันยังคงให้กฎหมายมีรูปแบบเชิงปริมาณที่เข้มงวดและเปิดเผยลักษณะทางกายภาพของปรากฏการณ์อย่างเต็มที่ ฟาราเดย์เองได้เข้าใจถึงสิ่งทั่วไปที่กำหนดลักษณะของกระแสเหนี่ยวนำในการทดลองที่ดูแตกต่างออกไปภายนอก

ในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด กระแสจะเกิดขึ้นเมื่อจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้เปลี่ยนแปลงไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

และยิ่งจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าไหร่ กระแสที่ได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในกรณีนี้เหตุผลในการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กนั้นไม่แยแสอย่างสมบูรณ์ นี่อาจเป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะตัวนำคงที่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในขดลวดที่อยู่ติดกันและการเปลี่ยนแปลงในจำนวนเส้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของวงจรในสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน , ความหนาแน่นของเส้นซึ่งแตกต่างกันไปตามพื้นที่ (รูปที่ 5)

กฎของเลนซ์

กระแสอุปนัยที่เกิดขึ้นในตัวนำจะเริ่มโต้ตอบกับกระแสหรือแม่เหล็กที่สร้างขึ้นทันที หากแม่เหล็ก (หรือขดลวดที่มีกระแส) ถูกนำเข้ามาใกล้ตัวนำที่ปิด กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นพร้อมกับสนามแม่เหล็กของมันจะขับไล่แม่เหล็ก (ขดลวด) งานต้องทำเพื่อให้แม่เหล็กและขดลวดเข้ามาใกล้กันมากขึ้น เมื่อแม่เหล็กถูกดึงออก แรงดึงดูดจะเกิดขึ้น กฎนี้ปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัด ลองนึกภาพถ้าสิ่งต่าง ๆ แตกต่างออกไป: คุณผลักแม่เหล็กเข้าหาขดลวดและมันจะพุ่งเข้าไปด้วยตัวเอง จะเป็นการฝ่าฝืนกฎการอนุรักษ์พลังงาน ท้ายที่สุด พลังงานกลของแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกัน กระแสไฟฟ้าก็จะเกิดขึ้น ซึ่งในตัวมันเองนั้นต้องการการใช้พลังงาน เนื่องจากกระแสไฟฟ้าก็สามารถทำงานได้เช่นกัน กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในกระดองเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ทำให้การหมุนของกระดองช้าลง ดังนั้นในการหมุนเกราะจึงจำเป็นต้องทำงานยิ่งมีความแข็งแกร่งมากขึ้น เนื่องจากงานนี้ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำขึ้น เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าถ้าสนามแม่เหล็กของโลกของเรามีขนาดใหญ่มากและไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างมาก การเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของวัตถุนำไฟฟ้าบนพื้นผิวของมันและในชั้นบรรยากาศจะเป็นไปไม่ได้เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงของกระแสเหนี่ยวนำในร่างกายกับสิ่งนี้ สนาม. วัตถุจะเคลื่อนที่เหมือนในตัวกลางที่มีความหนืดหนาแน่นและในขณะเดียวกันก็จะได้รับความร้อนอย่างแรง ทั้งเครื่องบินและจรวดไม่สามารถบินได้ คนไม่สามารถขยับแขนหรือขาได้อย่างรวดเร็วเนื่องจาก ร่างกายมนุษย์- ตัวนำที่ดี

ถ้าขดลวดที่กระแสถูกเหนี่ยวนำนั้นคงที่เมื่อเทียบกับขดลวดข้างเคียงด้วย กระแสสลับตัวอย่างเช่นในหม้อแปลงในกรณีนี้ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำถูกกำหนดโดยกฎการอนุรักษ์พลังงาน กระแสนี้มักถูกชี้นำในลักษณะที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นมีแนวโน้มที่จะลดความแปรผันของกระแสในสนามแม่เหล็กหลัก

การผลักหรือแรงดึงดูดของแม่เหล็กโดยขดลวดขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในนั้น ดังนั้นกฎการอนุรักษ์พลังงานจึงทำให้เราสามารถกำหนดกฎที่กำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำได้ อะไรคือความแตกต่างระหว่างการทดลองทั้งสอง: การเข้าใกล้ของแม่เหล็กกับขดลวดและการถอดออก? ในกรณีแรก ฟลักซ์แม่เหล็ก (หรือจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะรอบขดลวด) จะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 6, a) และในกรณีที่สองจะลดลง (รูปที่ 6, b) นอกจากนี้ ในกรณีแรก เส้นของการเหนี่ยวนำ ที่’ ของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในขดลวด ออกจากปลายบนของขดลวด เนื่องจากขดลวดผลักแม่เหล็ก และในกรณีที่สอง ให้ป้อนปลายนี้ เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเหล่านี้ในรูปที่ 6 แสดงด้วยจังหวะ

ข้าว. 6

ตอนนี้เรามาถึงประเด็นหลักแล้ว: ด้วยการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านการหมุนของขดลวด กระแสเหนี่ยวนำมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะป้องกันการเติบโตของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านการหมุนของขดลวด ท้ายที่สุด เวกเตอร์การเหนี่ยวนำ \ (~ \ vec B "\) ของสนามนี้มุ่งตรงไปที่เวกเตอร์การเหนี่ยวนำ \ (~ \ vec B \) ของสนาม การเปลี่ยนแปลงจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า หากฟลักซ์แม่เหล็กผ่าน ขดลวดอ่อนตัวลง จากนั้นกระแสเหนี่ยวนำจะสร้างสนามแม่เหล็กด้วยการเหนี่ยวนำ \(~\vec B"\) ซึ่งจะเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กผ่านการหมุนของขดลวด

นี่คือสาระสำคัญ กฎทั่วไปกำหนดทิศทางของกระแสอุปนัยซึ่งใช้ได้ในทุกกรณี กฎนี้ก่อตั้งโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย E. X. Lenz (1804-1865)

ตาม กฎของเลนซ์

กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรปิดมีทิศทางที่ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยมันผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรมีแนวโน้มที่จะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ที่สร้างกระแสนี้

กระแสอุปนัยมีทิศทางที่ป้องกันสาเหตุที่ทำให้เกิด

ในกรณีของตัวนำยิ่งยวด การชดเชยการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กภายนอกจะสมบูรณ์ ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรตัวนำยิ่งยวดไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาภายใต้สภาวะใด ๆ

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การทดลองของฟาราเดย์แสดงให้เห็นว่าความแรงของกระแสเหนี่ยวนำ ฉัน i ในวงจรการนำไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก \(~\vec B\) ที่เจาะพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้ แม่นยำยิ่งขึ้น ข้อความนี้สามารถกำหนดได้โดยใช้แนวคิดของฟลักซ์แม่เหล็ก

ฟลักซ์แม่เหล็กถูกตีความอย่างชัดเจนว่าเป็นจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นผิวด้วยพื้นที่ ส. ดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงของตัวเลขนี้จึงเป็นเพียงอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก ถ้าในเวลาอันสั้น Δ tฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนเป็น Δ Fดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กคือ \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\)

ดังนั้น ข้อความที่ตามมาโดยตรงจากประสบการณ์สามารถกำหนดได้ดังนี้

ความแรงของกระแสเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยเส้นขอบ:

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

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ากระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจรเมื่อแรงภายนอกกระทำการกับประจุไฟฟ้าฟรี การทำงานของแรงเหล่านี้เมื่อเคลื่อนที่ประจุบวกเดียวไปตามวงจรปิดเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า ดังนั้น เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยรูปร่าง แรงภายนอกก็ปรากฏขึ้น ซึ่งการกระทำดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะโดย EMF เรียกว่า EMF ของการเหนี่ยวนำ มาแทนด้วยตัวอักษร อีผม .

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการกำหนดขึ้นโดยเฉพาะสำหรับ EMF ไม่ใช่สำหรับความแรงของกระแส ด้วยสูตรนี้ กฎหมายได้แสดงแก่นแท้ของปรากฏการณ์ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวนำซึ่งกระแสเหนี่ยวนำเกิดขึ้น

ตาม กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (EMR)

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงปิดมีค่าสัมบูรณ์เท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยลูป:

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

จะคำนึงถึงทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ (หรือสัญญาณของการเหนี่ยวนำ EMF) ในกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าตามกฎ Lenz ได้อย่างไร?

รูปที่ 7 แสดงวงปิด เราจะพิจารณาทิศทางบวกของการข้ามรูปร่างทวนเข็มนาฬิกา เส้นปกติของเส้นชั้นความสูง \(~\vec n\) เป็นสกรูด้านขวาที่มีทิศทางบายพาส เครื่องหมายของ EMF กล่าวคือ งานเฉพาะ ขึ้นอยู่กับทิศทางของแรงภายนอกที่สัมพันธ์กับทิศทางของการเลี่ยงผ่านวงจร หากทิศทางเหล่านี้ตรงกันก็ อีฉัน > 0 และดังนั้น ฉัน i > 0 มิฉะนั้น EMF และความแรงกระแสจะเป็นลบ

ให้การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก \(~\vec B\) ของสนามแม่เหล็กภายนอกพุ่งไปตามเส้นปกติไปยังรูปร่างและเพิ่มขึ้นตามเวลา แล้ว F> 0 และ \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) > 0 ตามกฎของ Lenz กระแสเหนี่ยวนำจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็ก F’ < 0. Линии индукции บี’ ของสนามแม่เหล็กของกระแสเหนี่ยวนำแสดงในรูปที่ 7 พร้อมเส้นประ ดังนั้นกระแสเหนี่ยวนำ ฉัน i ถูกกำกับตามเข็มนาฬิกา (ตรงข้ามกับทิศทางบายพาสบวก) และแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นลบ ดังนั้นในกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องมีเครื่องหมายลบ:

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

ที่ ระบบสากลหน่วย กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใช้เพื่อสร้างหน่วยของฟลักซ์แม่เหล็ก หน่วยนี้เรียกว่าเวเบอร์ (Wb)

ตั้งแต่ EMF ของการเหนี่ยวนำ อี i แสดงเป็นโวลต์ และเวลาเป็นวินาที จากกฎหมาย Weber EMP สามารถกำหนดได้ดังนี้

ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงปิดมีค่าเท่ากับ 1 Wb หากฟลักซ์นี้ลดลงอย่างสม่ำเสมอเป็นศูนย์ใน 1 วินาที แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเท่ากับ 1 V เกิดขึ้นในลูป:

1 Wb \u003d 1 V ∙ 1 วิ

สนามกระแสน้ำวน

เมื่อกาลเวลาเปลี่ยนไป สนามแม่เหล็กจะสร้างสนามไฟฟ้า. J. Maxwell เป็นคนแรกที่ได้ข้อสรุปนี้

ตอนนี้ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าปรากฏขึ้นต่อหน้าเราในมุมมองใหม่ สิ่งสำคัญในนั้นคือกระบวนการสร้างสนามไฟฟ้าด้วยสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ การมีอยู่ของวงจรนำไฟฟ้า เช่น ขดลวด จะไม่เปลี่ยนสาระสำคัญของสสาร ตัวนำที่มีอิเล็กตรอนอิสระ (หรืออนุภาคอื่น ๆ ) จะช่วยในการตรวจจับสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเท่านั้น สนามทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในตัวนำและด้วยเหตุนี้จึงเผยให้เห็นตัวเอง สาระสำคัญของปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวนำคงที่นั้นไม่มากนักในลักษณะของกระแสเหนี่ยวนำ แต่ในการเกิดขึ้น สนามไฟฟ้าที่ขับประจุไฟฟ้า

สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงมีโครงสร้างที่แตกต่างจากสนามไฟฟ้าสถิตอย่างสิ้นเชิง มันไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับประจุไฟฟ้า และเส้นของความตึงเครียดไม่สามารถเริ่มต้นและสิ้นสุดได้ โดยทั่วไปจะไม่เริ่มต้นหรือสิ้นสุดที่ใดก็ได้ แต่เป็นเส้นปิด คล้ายกับเส้นของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก สิ่งนี้เรียกว่า สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน. คำถามอาจเกิดขึ้น: ทำไมอันที่จริงสนามนี้เรียกว่าไฟฟ้า? ท้ายที่สุด มันมีต้นกำเนิดและการกำหนดค่าที่แตกต่างจากสนามไฟฟ้าสถิตย์ คำตอบนั้นง่าย: สนามกระแสน้ำวนทำหน้าที่ในการประจุ qในลักษณะเดียวกับไฟฟ้าสถิต และเราพิจารณาและยังคงพิจารณาว่านี่เป็นคุณสมบัติหลักของสนาม แรงที่กระทำต่อประจุยังคงเป็น \(~\vec F = q \vec E\) โดยที่ \(~\vec E\) คือความเข้มของสนามกระแสน้ำวน ถ้าสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอที่กระจุกตัวอยู่ในท่อทรงกระบอกแคบยาวที่มีรัศมี r 0 (รูปที่ 8) เป็นที่ชัดเจนจากการพิจารณาความสมมาตรว่าเส้นความแรงของสนามไฟฟ้าอยู่ในระนาบตั้งฉากกับเส้น \(~\vec B\) และเป็นวงกลม ตามกฎ Lenz เนื่องจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก \(~\left (\frac(\Delta B)(\Delta t) > 0 \right)\) เพิ่มขึ้น เส้นสนาม \(~\vec E\) จะก่อตัวขึ้น สกรูด้านซ้ายที่มีทิศทางของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก \(~\vec B\)

การทำงานของสนามกระแสน้ำวนบนเส้นทางปิดไม่เท่ากับศูนย์ ต่างจากสนามไฟฟ้าสถิตหรืออยู่กับที่ แท้จริงเมื่อประจุเคลื่อนไปตามนั้น สายปิดความแรงของสนามไฟฟ้า การทำงานในทุกส่วนของเส้นทางมีสัญญาณเหมือนกัน เนื่องจากแรงและการกระจัดในทิศทางตรงกัน สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเช่นสนามแม่เหล็กไม่มีศักยภาพ

การทำงานของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนในการเคลื่อนประจุบวกเดียวไปตามตัวนำคงที่แบบปิดนั้น มีค่าเท่ากับตัวเลข EMF การเหนี่ยวนำในตัวนำนี้

ดังนั้น สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน แต่คุณไม่คิดว่าคำพูดเดียวไม่เพียงพอที่นี่หรือ อยากทราบว่ากระบวนการนี้เป็นอย่างไร เป็นไปได้ไหมที่จะอธิบายว่าการเชื่อมต่อของเขตข้อมูลนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรในธรรมชาติ? และนี่คือจุดที่ความอยากรู้อยากเห็นตามธรรมชาติของคุณไม่สามารถตอบสนองได้ ไม่มีกลไกที่นี่ กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกฎพื้นฐานของธรรมชาติ ซึ่งหมายความว่ามันเป็นพื้นฐาน หลัก ปรากฏการณ์หลายอย่างสามารถอธิบายได้ด้วยการกระทำของมัน แต่ตัวมันเองก็ยังอธิบายไม่ได้เพียงเพราะเหตุว่าไม่มีกฎที่ลึกซึ้งกว่าที่มันจะตามมา ไม่ว่าในกรณีใดกฎหมายดังกล่าวยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด นี่คือกฎพื้นฐานทั้งหมด: กฎแห่งแรงโน้มถ่วง กฎของคูลอมบ์ ฯลฯ

แน่นอน เรามีอิสระที่จะตั้งคำถามใดๆ ก่อนธรรมชาติ แต่ไม่ใช่ทุกคำถามจะสมเหตุสมผล ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้และจำเป็นต้องตรวจสอบสาเหตุของปรากฏการณ์ต่างๆ แต่ก็ไม่มีประโยชน์ที่จะพยายามค้นหาว่าเหตุใดเหตุใดจึงมีอยู่เลย นั่นคือธรรมชาติของสิ่งต่าง ๆ นั่นคือโลกที่เราอาศัยอยู่

วรรณกรรม

Zhilko V.V. ฟิสิกส์: Proc. เบี้ยเลี้ยงสำหรับชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 การศึกษาทั่วไป โรงเรียน จากภาษารัสเซีย แลง การอบรม / V.V. ซิลโก, A.V. ลาฟริเนนโก, L.G. มาร์โควิช. - ม.: นาร์. Asveta, 2544. - 319 น.
Myakishev, ก.ย. ฟิสิกส์: อิเล็กโทรไดนามิกส์. 10-11 เซลล์ : การศึกษา เพื่อการศึกษาเชิงลึกฟิสิกส์ / ก.ย. Myakishev, A.3. ซินยาคอฟ, V.A. สโลบอดสคอฟ. – ม.: บัสตาร์ด, 2548 – 476 น.

ตอบ:

ขั้นตอนสำคัญต่อไปในการพัฒนาอิเล็กโทรไดนามิกหลังจากการทดลองของแอมแปร์คือการค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Faraday (1791 - 1867) ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ฟาราเดย์ยังคงเป็นนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์เช่น Oersted คิดว่าพลังแห่งธรรมชาติทั้งหมดเชื่อมโยงถึงกันและยิ่งไปกว่านั้นยังสามารถแปลงร่างเป็นกันและกันได้ เป็นที่น่าสนใจที่ฟาราเดย์แสดงความคิดนี้แม้กระทั่งก่อนการจัดตั้งกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ฟาราเดย์รู้เกี่ยวกับการค้นพบแอมแปร์ว่าเขาเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าให้เป็นแม่เหล็ก เมื่อพิจารณาจากการค้นพบนี้ ฟาราเดย์ได้ข้อสรุปว่าหาก "ไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก" ในทางกลับกัน "แม่เหล็กต้องสร้างกระแสไฟฟ้า" และย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2366 เขาเขียนไว้ในไดอารี่ว่า "เปลี่ยนสนามแม่เหล็กให้เป็นไฟฟ้า" เป็นเวลาแปดปีที่ฟาราเดย์ทำงานเพื่อแก้ไขปัญหา เป็นเวลานานเขาถูกไล่ตามโดยความล้มเหลวและในที่สุดในปี พ.ศ. 2374 เขาแก้ไขได้ - เขาค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ประการแรก ฟาราเดย์ได้ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในกรณีที่ขดลวดถูกพันบนดรัมเดียวกัน หากกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นหรือหายไปในขดลวดอันหนึ่งอันเป็นผลมาจากการเชื่อมต่อหรือถอดแบตเตอรี่กัลวานิกออกจากขดลวด กระแสไฟฟ้าระยะสั้นจะปรากฏในขดลวดอีกอันในขณะนั้น กระแสนี้ตรวจพบโดยกัลวาโนมิเตอร์ซึ่งเชื่อมต่อกับขดลวดที่สอง

จากนั้นฟาราเดย์ยังสร้างกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดเมื่อเข้าใกล้หรือเคลื่อนออกจากขดลวดซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหล

ในที่สุด กรณีที่สามของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งฟาราเดย์ค้นพบก็คือ กระแสปรากฏในขดลวดเมื่อแม่เหล็กถูกเสียบหรือถอดออกจากแม่เหล็ก

การค้นพบของฟาราเดย์ดึงดูดความสนใจของนักฟิสิกส์หลายคนซึ่งเริ่มศึกษาลักษณะของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย งานต่อไปคือการกำหนดกฎทั่วไปของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า จำเป็นต้องค้นหาว่าความแรงของกระแสเหนี่ยวนำในตัวนำขึ้นอยู่กับอะไรและอย่างไรหรือขึ้นอยู่กับค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำในตัวนำที่กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น

งานนี้พิสูจน์ได้ยาก ฟาราเดย์และแมกซ์เวลล์แก้ไขได้อย่างสมบูรณ์ในเวลาต่อมาในกรอบของหลักคำสอนที่พวกเขาพัฒนาขึ้นเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แต่นักฟิสิกส์ก็พยายามแก้ปัญหาด้วย ซึ่งยึดถือทฤษฎีระยะยาวซึ่งพบได้ทั่วไปในสมัยนั้นในหลักคำสอนของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก

สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้สามารถทำได้ ในเวลาเดียวกันพวกเขาได้รับความช่วยเหลือจากกฎที่ค้นพบโดยนักวิชาการของเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก Emil Khristianovich Lenz (1804 - 1865) เพื่อค้นหาทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำใน โอกาสต่างๆการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า Lenz กำหนดไว้ดังนี้: “ถ้าตัวนำโลหะเคลื่อนที่ใกล้กระแสกัลวานิกหรือแม่เหล็ก กระแสกัลวานิกจะตื่นเต้นไปในทิศทางนั้นว่าถ้าตัวนำนี้อยู่กับที่ กระแสอาจทำให้เคลื่อนไปในทางตรงข้าม ทิศทาง; สันนิษฐานว่าตัวนำที่อยู่นิ่งสามารถเคลื่อนที่ได้เฉพาะในทิศทางของการเคลื่อนที่หรือในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น

กฎนี้สะดวกมากในการกำหนดทิศทางของกระแสอุปนัย เราใช้มันแม้กระทั่งตอนนี้ แต่ตอนนี้มันถูกสร้างขึ้นแตกต่างกันเล็กน้อยด้วยการฝังแนวคิดของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่ง Lenz ไม่ได้ใช้

แต่ในอดีต ความสำคัญหลักของกฎของ Lenz คือการกระตุ้นให้เกิดแนวคิดว่าจะค้นหากฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างไร ความจริงก็คือในกฎอะตอมมีการสร้างการเชื่อมต่อระหว่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ากับปรากฏการณ์ของปฏิสัมพันธ์ของกระแส คำถามเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำได้รับการแก้ไขแล้วโดยAmpere ดังนั้นการสร้างการเชื่อมต่อนี้ในตอนแรกทำให้สามารถกำหนดการแสดงออกของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำในตัวนำสำหรับกรณีพิเศษหลายกรณี

ที่ ปริทัศน์กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าดังที่เราได้กล่าวไปแล้วนั้นก่อตั้งโดยฟาราเดย์และแมกซ์เวลล์

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า - ปรากฏการณ์ของการเกิดขึ้น กระแสไฟฟ้าในวงจรปิดโดยมีการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่าน

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบโดย Michael Faraday เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 เขาพบว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในวงจรการนำไฟฟ้าแบบปิดนั้นแปรผันตามอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้ ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ - การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเองหรือการเคลื่อนที่ของวงจร (หรือบางส่วน) ในสนามแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าที่เกิดจาก EMF นี้เรียกว่ากระแสเหนี่ยวนำ

การเหนี่ยวนำตนเอง - การเกิดขึ้นของ EMF ของการเหนี่ยวนำในวงจรการนำไฟฟ้าแบบปิดเมื่อกระแสไหลผ่านวงจรเปลี่ยนแปลง

เมื่อกระแสในวงจรเปลี่ยนแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้จะเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนเช่นกัน การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กนี้ อันเนื่องมาจากกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า นำไปสู่การกระตุ้นของ EMF อุปนัยในวงจรนี้

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง (แนวคิดนี้เกี่ยวข้องกับแนวคิดของการชักนำซึ่งกันและกันเนื่องจากเป็นกรณีพิเศษ)

ทิศทาง EMF การเหนี่ยวนำตนเองมันมักจะกลายเป็นว่าเมื่อกระแสในวงจรเพิ่มขึ้น EMF ของการเหนี่ยวนำตัวเองจะป้องกันการเพิ่มขึ้นนี้ (พุ่งตรงต่อกระแส) และเมื่อกระแสลดลง กระแสจะลดลง (กำกับร่วมกับกระแส) ด้วยคุณสมบัตินี้ EMF ที่เหนี่ยวนำตัวเองจะคล้ายกับแรงเฉื่อย

การสร้างรีเลย์ครั้งแรกนำหน้าด้วยการประดิษฐ์ในปี พ.ศ. 2367 โดยอังกฤษปลาสเตอร์เจียนของแม่เหล็กไฟฟ้า - อุปกรณ์ที่แปลงกระแสไฟฟ้าอินพุตของขดลวดที่พันบนแกนเหล็กเป็นสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นภายในและภายนอกแกนนี้ สนามแม่เหล็กได้รับการแก้ไข (ตรวจพบ) โดยผลกระทบที่มีต่อวัสดุที่เป็นแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกซึ่งอยู่ใกล้กับแกนกลาง วัสดุนี้ถูกดึงดูดไปยังแกนกลางของแม่เหล็กไฟฟ้า

ต่อจากนั้น ผลของการแปลงพลังงานของกระแสไฟฟ้าเป็นพลังงานกลของการเคลื่อนที่ที่มีความหมายของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกภายนอก (กระดอง) ทำให้เกิดพื้นฐานของอุปกรณ์โทรคมนาคมแบบเครื่องกลไฟฟ้าต่างๆ (โทรเลขและโทรศัพท์) วิศวกรรมไฟฟ้า และอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า หนึ่งในอุปกรณ์ดังกล่าวชุดแรกคือรีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้าที่คิดค้นโดย American J. Henry ในปี พ.ศ. 2374

ฟาราเดอุส การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ฟาราเดย์หมกมุ่นอยู่กับแนวคิดเกี่ยวกับการเชื่อมต่อที่แยกออกไม่ได้และการโต้ตอบของพลังแห่งธรรมชาติ พยายามพิสูจน์ว่าแอมแปร์สามารถสร้างแม่เหล็กด้วยไฟฟ้าได้เช่นเดียวกับที่แอมแปร์สามารถผลิตไฟฟ้าได้ด้วยความช่วยเหลือของแม่เหล็ก

ตรรกะของมันเรียบง่าย: งานกลเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ง่าย ในทางกลับกัน ความร้อนสามารถเปลี่ยนเป็น งานเครื่องกล(สมมติว่าใน รถจักรไอน้ำ). โดยทั่วไปแล้ว ในบรรดาพลังแห่งธรรมชาติ ความสัมพันธ์ต่อไปนี้มักเกิดขึ้นบ่อยที่สุด: ถ้า A ให้กำเนิด B แล้ว B ก็ให้กำเนิด A

หากแอมแปร์ได้รับแม่เหล็กโดยวิธีการทางไฟฟ้า เห็นได้ชัดว่าเป็นไปได้ที่จะ "รับกระแสไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็กธรรมดา" Arago และ Ampère ตั้งภารกิจเดียวกันในปารีส Colladon ในเจนีวา

ฟาราเดย์ทำการทดลองมากมาย เขาอุทิศย่อหน้าหนึ่งให้กับการศึกษาเล็กๆ แต่ละรายการในบันทึกในห้องทดลองของเขา (ตีพิมพ์ในลอนดอนฉบับเต็มในปี 1931 ภายใต้ชื่อ "Faraday's Diary") อย่างน้อยความจริงที่ว่าย่อหน้าสุดท้ายของไดอารี่มีหมายเลข 16041 พูดถึงประสิทธิภาพของฟาราเดย์

นอกเหนือจากความเชื่อมั่นโดยสัญชาตญาณในการเชื่อมต่อสากลของปรากฏการณ์ แท้จริงแล้วไม่มีอะไรสนับสนุนเขาในการค้นหา "ไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็ก" นอกจากนี้ เช่นเดียวกับอาจารย์เทวี เขาพึ่งพาการทดลองของตัวเองมากกว่าการสร้างจิต เดวี่สอนเขาว่า:

การทดลองที่ดีมีค่ามากกว่าความรอบคอบของอัจฉริยะอย่างนิวตัน

อย่างไรก็ตาม ฟาราเดย์เป็นผู้ถูกลิขิตให้ถูกค้นพบครั้งใหญ่ นักสัจนิยมที่ยิ่งใหญ่ เขาฉีกโซ่ตรวนของลัทธิประจักษ์นิยมโดยธรรมชาติ ซึ่งครั้งหนึ่งเทพกำหนดไว้กับเขา และในช่วงเวลาเหล่านั้น ความเข้าใจอันลึกซึ้งก็เกิดขึ้นกับเขา - เขาได้รับความสามารถในการสรุปที่ลึกที่สุด

แสงแห่งโชคดวงแรกปรากฏเฉพาะในวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 ในวันนี้ ฟาราเดย์กำลังทดสอบอุปกรณ์ง่ายๆ ในห้องปฏิบัติการ นั่นคือวงแหวนเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6 นิ้ว หุ้มลวดฉนวนสองชิ้น เมื่อฟาราเดย์เชื่อมต่อแบตเตอรีเข้ากับขั้วของขดลวดอันหนึ่ง ผู้ช่วยของเขา จ่าทหารปืนใหญ่ แอนเดอร์เซน เห็นเข็มของเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับขดลวดอีกข้างหนึ่ง

กระสับกระส่ายและสงบลง กระแสตรง.ยังคงไหลผ่านขดลวดแรก ฟาราเดย์ได้ตรวจสอบรายละเอียดทั้งหมดของการติดตั้งอย่างง่ายนี้อย่างละเอียดถี่ถ้วน - ทุกอย่างเป็นไปตามลำดับ

แต่เข็มกัลวาโนมิเตอร์กลับแข็งค้างอยู่ที่ศูนย์ ด้วยความรำคาญ ฟาราเดย์จึงตัดสินใจปิดกระแสไฟ และจากนั้นปาฏิหาริย์ก็เกิดขึ้น - ในระหว่างการเปิดวงจร เข็มกัลวาโนมิเตอร์เหวี่ยงอีกครั้งและหยุดอีกครั้งที่ศูนย์!

ฟาราเดย์กำลังพ่ายแพ้: ประการแรกทำไมเข็มถึงมีพฤติกรรมแปลก ๆ ? ประการที่สอง การระเบิดที่เขาสังเกตเห็นเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่เขากำลังมองหาหรือไม่

ตอนนั้นเองที่แนวคิดที่ยอดเยี่ยมของ Ampère การเชื่อมต่อระหว่างกระแสไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็ก ถูกเปิดเผยต่อฟาราเดย์อย่างชัดเจน ท้ายที่สุดแล้ว ขดลวดแรกที่เขาใช้กระแสไฟฟ้ากลายเป็นแม่เหล็กทันที หากเราพิจารณาว่าเป็นแม่เหล็ก การทดลองเมื่อวันที่ 29 สิงหาคมพบว่าสนามแม่เหล็กดูเหมือนจะก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในกรณีนี้มีเพียงสองสิ่งที่ยังแปลกอยู่: ทำไมกระแสไฟกระชากเมื่อเปิดแม่เหล็กไฟฟ้าจึงจางหายไปอย่างรวดเร็ว และยิ่งไปกว่านั้น ทำไมไฟกระชากจึงปรากฏขึ้นเมื่อปิดแม่เหล็ก?

วันรุ่งขึ้น 30 สิงหาคม - ซีรีส์ใหม่การทดลอง ผลกระทบนั้นแสดงออกอย่างชัดเจน แต่ก็ยังเข้าใจยาก

ฟาราเดย์รู้สึกว่าการเปิดอยู่ใกล้ที่ไหนสักแห่ง

“ตอนนี้ฉันกลับมามีส่วนร่วมกับแม่เหล็กไฟฟ้าอีกครั้ง และฉันคิดว่าฉันได้โจมตีสิ่งที่ประสบความสำเร็จแล้ว แต่ฉันยังไม่สามารถยืนยันเรื่องนี้ได้ เป็นไปได้มากที่หลังจากการทำงานทั้งหมดของฉัน ในที่สุดฉันก็จะดึงสาหร่ายออกมาแทนปลา

เช้าวันต่อมา วันที่ 24 กันยายน ฟาราเดย์ได้เตรียมการไว้มากมาย อุปกรณ์ต่างๆซึ่งองค์ประกอบหลักไม่มีกระแสไฟฟ้าอีกต่อไป แต่เป็นแม่เหล็กถาวร และก็มีผลเช่นกัน! ลูกศรเบี่ยงและพุ่งเข้าที่ทันที การเคลื่อนไหวเล็กน้อยนี้เกิดขึ้นระหว่างการควบคุมที่ไม่คาดคิดกับแม่เหล็กซึ่งบางครั้งดูเหมือนบังเอิญ

การทดลองครั้งต่อไปคือวันที่ 1 ตุลาคม ฟาราเดย์ตัดสินใจที่จะกลับไปที่จุดเริ่มต้น - เป็นสองขดลวด: อันหนึ่งมีกระแสและอีกอันเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ ความแตกต่างจากการทดลองครั้งแรกคือการไม่มีวงแหวนเหล็ก - แกนกลาง น้ำกระเซ็นนั้นแทบจะมองไม่เห็น ผลที่ได้คือเล็กน้อย เป็นที่ชัดเจนว่าแม่เหล็กที่ไม่มีแกนนั้นอ่อนแอกว่าแม่เหล็กที่มีแกนมาก ดังนั้นเอฟเฟกต์จึงเด่นชัดน้อยลง

ฟาราเดย์ผิดหวัง เป็นเวลาสองสัปดาห์ที่เขาไม่ได้เข้าใกล้เครื่องมือโดยคิดถึงสาเหตุของความล้มเหลว

ฟาราเดย์รู้ล่วงหน้าว่าจะเป็นยังไง ประสบการณ์ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยม

"ฉันเอาแท่งแม่เหล็กทรงกระบอก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 3/4" และยาว 8 1/4") แล้วสอดปลายด้านหนึ่งเข้าไปในเกลียวของ ลวดทองแดง(ยาว 220 ฟุต) เชื่อมต่อกับเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า จากนั้น ด้วยการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว ฉันผลักแม่เหล็กเข้าไปในความยาวทั้งหมดของเกลียว และเข็มของกัลวาโนมิเตอร์เกิดการกระแทก จากนั้นฉันก็ดึงแม่เหล็กออกจากเกลียวอย่างรวดเร็วและเข็มก็เหวี่ยงอีกครั้ง แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม การแกว่งของเข็มเหล่านี้เกิดขึ้นซ้ำๆ ทุกครั้งที่แม่เหล็กถูกผลักเข้าหรือออก"

ความลับอยู่ที่การเคลื่อนที่ของแม่เหล็ก! แรงกระตุ้นของไฟฟ้าไม่ได้ถูกกำหนดโดยตำแหน่งของแม่เหล็ก แต่โดยการเคลื่อนที่!

ซึ่งหมายความว่า "คลื่นไฟฟ้าจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่เท่านั้น และไม่ได้เกิดจากคุณสมบัติที่มีอยู่ในตัวเมื่ออยู่นิ่ง"

ความคิดนี้มีผลอย่างน่าทึ่ง หากการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กสัมพันธ์กับตัวนำทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า เห็นได้ชัดว่าการเคลื่อนที่ของตัวนำที่สัมพันธ์กับแม่เหล็กจะต้องสร้างกระแสไฟฟ้าด้วย! ยิ่งกว่านั้น "คลื่นไฟฟ้า" นี้จะไม่หายไปตราบเท่าที่การเคลื่อนไหวร่วมกันของตัวนำและแม่เหล็กยังคงดำเนินต่อไป ซึ่งหมายความว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่ทำงานเป็นเวลานานโดยพลการ ตราบใดที่การเคลื่อนไหวร่วมกันของลวดและแม่เหล็กยังคงดำเนินต่อไป!

เมื่อวันที่ 28 ตุลาคม ฟาราเดย์ได้ติดตั้งดิสก์ทองแดงที่หมุนได้ระหว่างเสาแม่เหล็กเกือกม้า ซึ่งด้วยความช่วยเหลือของหน้าสัมผัสแบบเลื่อน (อันหนึ่งบนแกน อีกอันที่ขอบดิสก์) จึงสามารถถอดออกได้ แรงดันไฟฟ้า. เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกที่สร้างขึ้นด้วยมือมนุษย์

หลังจาก "มหากาพย์แม่เหล็กไฟฟ้า" ฟาราเดย์ถูกบังคับให้หยุดงานวิทยาศาสตร์ของเขาเป็นเวลาหลายปี - ระบบประสาทของเขาหมดแรง ...

การทดลองที่คล้ายกับของฟาราเดย์ ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ได้ดำเนินการในฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ Colladon ศาสตราจารย์ที่ Geneva Academy เป็นนักทดลองที่มีความซับซ้อน (เช่น เขาผลิตที่ทะเลสาบเจนีวา การวัดที่แม่นยำความเร็วเสียงในน้ำ) บางทีเพราะกลัวการสั่นของเครื่องมือ เขาเหมือนฟาราเดย์ ถอดกัลวาโนมิเตอร์ออกจากส่วนที่เหลือของการติดตั้งให้มากที่สุด หลายคนอ้างว่า Colladon สังเกตการเคลื่อนไหวของลูกศรที่หายวับไปแบบเดียวกับฟาราเดย์ แต่คาดว่าจะได้ผลที่เสถียรและยั่งยืนกว่า ไม่ได้ให้ความสำคัญกับการระเบิด "สุ่ม" เหล่านี้ ...

อันที่จริง ความคิดเห็นของนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ในสมัยนั้นก็คือ ผลกระทบย้อนกลับของ "การสร้างไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็ก" นั้น ดูเหมือนจะมีลักษณะที่อยู่กับที่เหมือนกับผลกระทบ "โดยตรง" - "การก่อตัวเป็นแม่เหล็ก" เนื่องจากกระแสไฟฟ้า "ความไม่ต่อเนื่อง" ที่ไม่คาดคิดของเอฟเฟกต์นี้ทำให้หลายคนงงงวย รวมถึง Colladon และหลายคนก็จ่ายราคาสำหรับอคติของพวกเขา

ฟาราเดย์เองก็รู้สึกเขินอายในตอนแรกที่ผลกระทบไม่ยั่งยืน แต่เขาเชื่อข้อเท็จจริงมากกว่าทฤษฎี และในที่สุดก็มาถึงกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กฎข้อนี้ดูเหมือนนักฟิสิกส์จะมีข้อบกพร่อง น่าเกลียด แปลก ไร้ตรรกะภายใน

ทำไมกระแสจึงตื่นเต้นเฉพาะระหว่างการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กหรือการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวด?

ไม่มีใครเข้าใจสิ่งนี้ แม้กระทั่งฟาราเดย์เอง สิบเจ็ดปีต่อมา แฮร์มันน์ เฮล์มโฮลทซ์ ศัลยแพทย์กองทัพบกอายุ 26 ปีของกองทหารรักษาการณ์ประจำจังหวัดในพอทสดัม เข้าใจสิ่งนี้ ในบทความคลาสสิกเรื่อง “On the Conservation of Force” เขาเป็นผู้กำหนดกฎการอนุรักษ์พลังงานของเขา ได้รับการพิสูจน์เป็นครั้งแรกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องอยู่ในรูปแบบที่ “น่าเกลียด” นี้

William Thomson เพื่อนเก่าของ Maxwell ก็มางานนี้ด้วย นอกจากนี้ เขายังได้รับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์จากกฎของแอมแปร์ โดยคำนึงถึงกฎการอนุรักษ์พลังงาน

ดังนั้นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า "เพียงชั่วครู่" จึงได้รับสิทธิในการเป็นพลเมืองและได้รับการยอมรับจากนักฟิสิกส์

แต่มันไม่เข้ากับแนวคิดและความคล้ายคลึงของบทความของ Maxwell เรื่อง "On Faraday เส้นแรง". และนี่เป็นจุดบกพร่องอย่างร้ายแรงของบทความ ในทางปฏิบัติ ความสำคัญของมันลดลงเพื่อแสดงให้เห็นความจริงที่ว่าทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระยะสั้นและระยะยาวแสดงคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ที่แตกต่างกันของข้อมูลการทดลองเดียวกัน ซึ่งเส้นแรงของฟาราเดย์ไม่ขัดแย้งกับสามัญสำนึก และมันคือทั้งหมด ทั้งหมดทั้งๆ ที่มีมากอยู่แล้ว

จากหนังสือของแม็กซ์เวลล์ ผู้เขียน Kartsev Vladimir Petrovich

สู่ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสง บทความ "เกี่ยวกับเส้นแรงทางกายภาพ" ได้รับการตีพิมพ์เป็นบางส่วน และส่วนที่สามของมันเหมือนกับทั้งสองก่อนหน้านี้มีแนวคิดใหม่ที่มีคุณค่าไม่ธรรมดา Maxwell เขียนว่า:“ จำเป็นต้องสันนิษฐานว่าสารของเซลล์มีความยืดหยุ่นของรูปแบบ

จากหนังสือ Werner von Siemens - ชีวประวัติ ผู้เขียน Weiher Siegfried ฟอน

สายเคเบิลข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก เรือเคเบิล "ฟาราเดย์" ความสำเร็จที่ชัดเจนของสายอินโด - ยูโรเปียนทั้งทางเทคนิคและทางการเงินควรเป็นแรงบันดาลใจให้ผู้สร้างดำเนินการต่อไป โอกาสในการเริ่มต้นธุรกิจใหม่นำเสนอตัวเองและแรงบันดาลใจกลายเป็น

จากหนังสือทฤษฎีบทที่ยิ่งใหญ่ของแฟร์มาต์ ผู้เขียน ซิงห์ ไซมอน

ภาคผนวก 10. ตัวอย่างการพิสูจน์โดยอุปนัย ในวิชาคณิตศาสตร์ จำเป็นต้องมีสูตรที่แน่นอนที่ช่วยให้คุณคำนวณผลรวมได้ ลำดับต่างๆตัวเลข ในกรณีนี้ เราอยากได้สูตรที่ให้ผลรวมของจำนวนธรรมชาติ n ตัวแรก ตัวอย่างเช่น "ผลรวม" ก็แค่

จากหนังสือของฟาราเดย์ ผู้เขียน Radovsky Moses Izrailevich

จากหนังสือของโรเบิร์ต วิลเลียมส์ วูด ตัวช่วยสร้างห้องปฏิบัติการฟิสิกส์สมัยใหม่ ผู้เขียน Seabrook William

จากหนังสือ Rustle of a Grenade ผู้เขียน Prishchepenko Alexander Borisovich

บทที่สิบเอ็ด วูดขยายปีพักร้อนของเขาออกเป็นสามปี ยืนตรงที่ฟาราเดย์เคยยืนอยู่ และก้าวข้ามความกว้างและความกว้างของโลกของเรา ศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยโดยเฉลี่ยจะมีความสุขถ้าเขาจัดการให้ได้ปีฟรีทุก ๆ เจ็ดปี แต่ไม้ไม่ใช่

จากหนังสือของ Kurchatov ผู้เขียน Astashenkov Petr Timofeevich

จากหนังสือ การเดินทางรอบโลก ผู้เขียน Forster Georg

นี่แหละการค้นพบ! Die Hard Academician Ioffe และทีมงานของเขาสนใจพฤติกรรมที่ผิดปกติมานานแล้ว สนามไฟฟ้าผลึกเกลือของ Rochelle (เกลือโซเดียมสองเท่าของกรดทาร์ทาริก) เกลือนี้มีการศึกษาน้อยและมีเพียง

จากหนังสือจักรราศี ผู้เขียน เกรย์สมิธ โรเบิร์ต

จากหนังสือ 50 อัจฉริยะที่เปลี่ยนโลก ผู้เขียน Ochkurova Oksana Yurievna

1 DAVID FARADAY และ BETTY LOU JENSEN วันศุกร์ที่ 20 ธันวาคม พ.ศ. 2511 David Faraday ขับรถช้าๆ ผ่านเนินเขาที่อ่อนโยนของ Vallejo ไม่เลี้ยว ความเอาใจใส่เป็นพิเศษสู่สะพานโกลเดนเกต เรือยอทช์และเครื่องร่อนที่กะพริบในอ่าวซานปาโบล ไปจนถึงเงาที่ชัดเจนของนกกระเรียนท่าเรือและ

จากหนังสือ Uncooled Memory [ชุดสะสม] ผู้เขียน Druyan Boris Grigorievich

Michael Faraday (เกิดในปี พ.ศ. 2334 - เสียชีวิตในปี พ.ศ. 2410) นักวิทยาศาสตร์นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอังกฤษผู้เป็นผู้ก่อตั้งทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าผู้ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เป็นพื้นฐานของวิศวกรรมไฟฟ้าตลอดจนกฎหมาย ของกระแสไฟฟ้าที่เรียกว่าเขา

จากฟรานซิส เบคอน ผู้เขียน Subbotin Alexander Leonidovich

เปิด หนึ่งในวันฤดูใบไม้ร่วงที่มีเมฆมากในปี 2508 ในบทบรรณาธิการ นิยายชายหนุ่มคนหนึ่งปรากฏตัวขึ้นที่ Lenizdat พร้อมกับโฟลเดอร์เสมียนผอมบางในมือของเขา เราสามารถเดาได้อย่างแน่นอนว่ามีบทกวี เขาอายอย่างเห็นได้ชัดและไม่รู้ว่าใคร

จากหนังสือ Dancing in Auschwitz ผู้เขียน Glaser Paul

จากหนังสือนักเคมีผู้ยิ่งใหญ่ ใน 2 เล่ม. TI. ผู้เขียน Manolov Kaloyan

การค้นพบ หนึ่งในเพื่อนร่วมงานของฉันมาจากออสเตรีย เราเป็นเพื่อนกัน และในเย็นวันหนึ่งขณะพูดคุย เขาสังเกตเห็นว่านามสกุล Glaser เป็นเรื่องธรรมดามากในเวียนนาก่อนสงคราม พ่อของฉันเคยบอกฉันว่าฉันจำได้ว่าบรรพบุรุษที่อยู่ห่างไกลของเราอาศัยอยู่ในส่วนที่พูดภาษาเยอรมัน

จากหนังสือของ Nietzsche สำหรับผู้ที่ต้องการทำทุกอย่าง คำพังเพยคำอุปมาคำพูด ผู้เขียน Sirota E. L.

ไมเคิล ฟาราเดย์ (พ.ศ. 2334-2410) อากาศในร้านเข้าเล่มเต็มไปด้วยกลิ่นของกาวไม้ คนงานนั่งคุยกันอย่างสนุกสนานและเย็บแผ่นพิมพ์อย่างขยันขันแข็งท่ามกลางกองหนังสือ ไมเคิลกำลังติดสารานุกรมบริแทนนิกาในเล่มหนา เขาต้องการอ่านมัน

จากหนังสือของผู้เขียน

การค้นพบทางใต้ ในฤดูใบไม้ร่วงปี 2424 Nietzsche ตกอยู่ภายใต้มนต์สะกดของงานของ Georges Bizet - เขาฟัง "Carmen" ของเขาในเจนัวประมาณยี่สิบครั้ง! Georges Bizet (1838-1875) - นักแต่งเพลงโรแมนติกชาวฝรั่งเศสที่มีชื่อเสียง Spring 1882 - การเดินทางครั้งใหม่: จากเจนัวโดยเรือไปยังเมสซีนาซึ่งเล็กน้อย

หลังการค้นพบ Oerstedและ กระแสไฟเป็นที่ชัดเจนว่าไฟฟ้ามีแรงแม่เหล็ก ตอนนี้จำเป็นต้องยืนยันอิทธิพลของปรากฏการณ์แม่เหล็กที่มีต่อสิ่งไฟฟ้า ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขอย่างชาญฉลาดโดยฟาราเดย์

Michael Faraday (1791-1867) เกิดในลอนดอน หนึ่งในส่วนที่ยากจนที่สุด พ่อของเขาเป็นช่างตีเหล็ก และแม่ของเขาเป็นลูกสาวของชาวนาผู้เช่า เมื่อฟาราเดย์ถึงวัยเรียน เขาถูกส่งตัวไปโรงเรียนประถม หลักสูตรของฟาราเดย์ที่นี่แคบมากและจำกัดเฉพาะการสอนการอ่าน การเขียน และการเริ่มนับเท่านั้น

ไม่กี่ก้าวจากบ้านที่ครอบครัวฟาราเดย์อาศัยอยู่ก็มีร้านหนังสือซึ่งเป็นร้านทำปกหนังสือด้วย นี่คือที่ที่ฟาราเดย์ต้องเรียนจบหลักสูตร โรงเรียนประถมศึกษาเมื่อมีคำถามเกี่ยวกับการเลือกอาชีพให้กับเขา ไมเคิลในเวลานั้นอายุเพียง 13 ปี ในวัยหนุ่มของเขา เมื่อฟาราเดย์เพิ่งเริ่มศึกษาด้วยตนเอง เขาพยายามพึ่งพาข้อเท็จจริงเพียงอย่างเดียวและตรวจสอบรายงานของผู้อื่นด้วยประสบการณ์ของเขาเอง

แรงบันดาลใจเหล่านี้ครอบงำเขามาตลอดชีวิตในฐานะคุณสมบัติหลักของกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ของเขา การทดลองทางเคมีฟาราเดย์เริ่มทำตั้งแต่ยังเป็นเด็กตั้งแต่รู้จักฟิสิกส์และเคมีเป็นครั้งแรก เมื่อไมเคิลเข้าร่วมการบรรยายครั้งหนึ่ง ฮัมฟรีย์ เดวี่นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่

ฟาราเดย์จดบันทึกการบรรยายอย่างละเอียด ผูกมัด และส่งให้เดวี่ เขาประทับใจมากจนเสนอให้ฟาราเดย์ทำงานกับเขาเป็นเลขานุการ ในไม่ช้า Davy ก็เดินทางไปยุโรปและพา Faraday ไปด้วย พวกเขาไปเยี่ยมมหาวิทยาลัยที่ใหญ่ที่สุดในยุโรปเป็นเวลาสองปี

เมื่อกลับมาที่ลอนดอนในปี พ.ศ. 2358 ฟาราเดย์เริ่มทำงานเป็นผู้ช่วยในห้องทดลองแห่งหนึ่งของสถาบันหลวงในลอนดอน ในเวลานั้นมันเป็นหนึ่งในห้องปฏิบัติการทางกายภาพที่ดีที่สุดในโลก จากปี ค.ศ. 1816 ถึง พ.ศ. 2361 ฟาราเดย์ได้ตีพิมพ์บันทึกย่อและบันทึกความทรงจำเล็ก ๆ เกี่ยวกับเคมี งานฟิสิกส์เรื่องแรกของฟาราเดย์มีขึ้นในปี พ.ศ. 2361

จากประสบการณ์ของรุ่นก่อนและรวมหลาย ๆ อย่างเข้าด้วยกัน ประสบการณ์ของตัวเอง, ภายในเดือนกันยายน พ.ศ. 2364 ไมเคิลได้พิมพ์ "เรื่องราวความสำเร็จของแม่เหล็กไฟฟ้า". ในเวลานั้นเขาได้สร้างแนวคิดที่ถูกต้องอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับสาระสำคัญของปรากฏการณ์การโก่งตัวของเข็มแม่เหล็กภายใต้การกระทำของกระแส

หลังจากประสบความสำเร็จนี้ ฟาราเดย์ออกจากการศึกษาด้านไฟฟ้าเป็นเวลาสิบปี อุทิศตนเพื่อการศึกษาวิชาหลายประเภทที่แตกต่างกัน ในปี ค.ศ. 1823 ฟาราเดย์ได้ค้นพบสิ่งที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในสาขาฟิสิกส์ - เขาประสบความสำเร็จในการทำให้ก๊าซเป็นของเหลวเป็นครั้งแรก และในขณะเดียวกันก็สร้างวิธีการง่ายๆ แต่ใช้ได้สำหรับการแปลงก๊าซให้เป็นของเหลว ในปี ค.ศ. 1824 ฟาราเดย์ได้ค้นพบหลายครั้งในด้านฟิสิกส์

เหนือสิ่งอื่นใด เขาได้พิสูจน์ข้อเท็จจริงที่ว่าแสงส่งผลต่อสีของแก้วและทำให้สีของกระจกเปลี่ยนไป ที่ ปีหน้าฟาราเดย์เปลี่ยนจากฟิสิกส์เป็นเคมีอีกครั้ง และผลงานของเขาในด้านนี้คือการค้นพบน้ำมันเบนซินและกรดแนฟทาลีนกำมะถัน

ในปี ค.ศ. 1831 ฟาราเดย์ได้ตีพิมพ์บทความเรื่อง Special Kind of Optical Illusion ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับโพรเจกไทล์ออปติคัลที่สวยงามและแปลกประหลาดที่เรียกว่า "โครโมโทรป" ในปีเดียวกันนั้นได้มีการตีพิมพ์บทความอื่นของนักวิทยาศาสตร์เรื่อง "On vibrating plates" ผลงานเหล่านี้หลายชิ้นสามารถทำให้ชื่อของผู้แต่งเป็นอมตะได้ แต่ที่สำคัญที่สุดของ งานวิทยาศาสตร์ฟาราเดย์เป็นงานวิจัยของเขาในด้านe แม่เหล็กไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำไฟฟ้า.

พูดอย่างเคร่งครัดสาขาฟิสิกส์ที่สำคัญซึ่งปฏิบัติต่อปรากฏการณ์ของแม่เหล็กไฟฟ้าและไฟฟ้าอุปนัยและซึ่งปัจจุบันมีความสำคัญอย่างมากสำหรับเทคโนโลยี Faraday ถูกสร้างขึ้นโดยไม่มีอะไรเลย

เมื่อถึงเวลาที่ฟาราเดย์ทุ่มเทให้กับการวิจัยด้านไฟฟ้าในที่สุด ก็ได้เป็นที่ยอมรับว่าด้วย เงื่อนไขปกติการปรากฏตัวของร่างกายที่ใช้ไฟฟ้าเพียงพอสำหรับอิทธิพลที่จะกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในร่างกายอื่น ๆ ในเวลาเดียวกัน เป็นที่ทราบกันดีว่าลวดที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านและเป็นตัวที่ใช้พลังงานไฟฟ้านั้นไม่มีผลใดๆ กับสายไฟอื่นๆ ที่วางอยู่ใกล้ ๆ

อะไรทำให้เกิดข้อยกเว้นนี้ นี่เป็นคำถามที่สนใจฟาราเดย์และวิธีแก้ปัญหาที่ทำให้เขาต้อง การค้นพบที่สำคัญในด้านไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ตามปกติ ฟาราเดย์เริ่มการทดลองหลายครั้งซึ่งควรจะชี้แจงสาระสำคัญของเรื่องนี้

ฟาราเดย์พันลวดหุ้มฉนวนสองเส้นขนานกันบนหมุดไม้อันเดียวกัน เขาเชื่อมต่อปลายสายหนึ่งเข้ากับแบตเตอรี่ที่มีส่วนประกอบสิบชิ้น และปลายอีกเส้นหนึ่งเข้ากับกัลวาโนมิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อน เมื่อกระแสไหลผ่านเส้นแรก

ฟาราเดย์หันความสนใจไปที่กัลวาโนมิเตอร์ โดยคาดว่าจะสังเกตเห็นการสั่นของกระแสไฟฟ้าในเส้นลวดที่สองเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรที่เป็นเช่นนั้น: เครื่องวัดกระแสไฟฟ้ายังคงนิ่งอยู่ ฟาราเดย์ตัดสินใจเพิ่มกระแสและนำเซลล์กัลวานิก 120 เซลล์เข้าสู่วงจร ผลลัพธ์ก็เหมือนกัน ฟาราเดย์ทำซ้ำการทดลองนี้หลายสิบครั้ง ทั้งหมดก็ประสบความสำเร็จเช่นเดียวกัน

ใครก็ตามที่อยู่ในตำแหน่งของเขาจะออกจากการทดลองโดยเชื่อว่ากระแสที่ไหลผ่านเส้นลวดไม่มีผลกับเส้นลวดที่อยู่ติดกัน แต่ฟาราเดย์พยายามดึงข้อมูลจากการทดลองและการสังเกตทุกอย่างที่พวกเขาสามารถให้ได้มาโดยตลอด ดังนั้น เมื่อไม่ได้รับผลกระทบโดยตรงต่อสายไฟที่เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ เขาจึงเริ่มมองหาผลข้างเคียง

เขาสังเกตเห็นทันทีว่าแกลวานอมิเตอร์ซึ่งสงบนิ่งตลอดเส้นทางของกระแสไหลเข้าสู่การสั่นที่จุดปิดสุดของวงจรและที่ช่องเปิด ปรากฎว่า ในขณะที่กระแสไหลผ่านไปยังเส้นลวดแรก และเมื่อสายที่สองนี้ถูกกระตุ้นด้วยกระแสซึ่งในกรณีแรกตรงข้ามกับกระแสแรกและเช่นเดียวกันในกรณีที่สองและกินเวลาเพียงชั่วพริบตาเดียว

กระแสน้ำทุติยภูมิทุติยภูมิเหล่านี้ซึ่งเกิดจากอิทธิพลของกระแสหลัก ถูกเรียกว่าอุปนัยโดยฟาราเดย์ และชื่อนี้ยังคงรักษาไว้จนถึงปัจจุบัน ทันทีที่หายไปทันทีหลังจากการปรากฏตัวของพวกเขา กระแสอุปนัยจะไม่มีความสำคัญในทางปฏิบัติหากฟาราเดย์ไม่พบวิธีด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์อันชาญฉลาด (สับเปลี่ยน) เพื่อขัดจังหวะอย่างต่อเนื่องและดำเนินการกระแสหลักที่มาจากแบตเตอรี่ผ่าน สายแรกเนื่องจากในสายที่สองถูกกระตุ้นอย่างต่อเนื่องโดยกระแสอุปนัยมากขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นจึงคงที่ จึงพบแหล่งใหม่ พลังงานไฟฟ้านอกเหนือไปจากที่รู้จักกันก่อนหน้านี้ (กระบวนการแรงเสียดทานและเคมี) - การเหนี่ยวนำและ ชนิดใหม่พลังงานนี้ - ไฟฟ้าเหนี่ยวนำ.

จากการทดลองของเขาต่อไป ฟาราเดย์ได้ค้นพบเพิ่มเติมว่าการประมาณเส้นลวดแบบง่ายๆ ที่บิดเป็นเส้นโค้งปิดไปยังอีกเส้นหนึ่ง ซึ่งกระแสกัลวานิกไหลไปตามนั้น ก็เพียงพอแล้วที่จะกระตุ้นกระแสอุปนัยในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสกัลวานิกในลวดที่เป็นกลาง ซึ่ง การกำจัดลวดเป็นกลางอีกครั้งกระตุ้นกระแสอุปนัยในนั้นกระแสอยู่ในทิศทางเดียวกับกระแสกัลวานิกที่ไหลไปตามลวดคงที่และในที่สุดกระแสอุปนัยเหล่านี้จะตื่นเต้นเฉพาะในระหว่างการเข้าใกล้และการกำจัดของ ต่อเข้ากับตัวนำของกระแสกัลวานิก และหากไม่มีการเคลื่อนไหวนี้ กระแสจะไม่ตื่นเต้น ไม่ว่าสายไฟจะอยู่ใกล้กันแค่ไหน .

ดังนั้นจึงมีการค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ซึ่งคล้ายกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำที่อธิบายข้างต้นในระหว่างการปิดและสิ้นสุดของกระแสไฟฟ้า การค้นพบเหล่านี้ทำให้เกิดสิ่งใหม่ หากสามารถผลิตกระแสอุปนัยโดยการปิดและหยุดกระแสไฟฟ้ากัลวานิก จะได้ผลลัพธ์แบบเดียวกันจากการสะกดจิตและล้างอำนาจแม่เหล็กของเหล็กหรือไม่

งานของ Oersted และ Ampère ได้สร้างความสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กกับไฟฟ้าแล้ว เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเหล็กจะกลายเป็นแม่เหล็กเมื่อมีลวดหุ้มฉนวนพันอยู่รอบ ๆ และกระแสกัลวานิกจะไหลผ่านหลัง และนั่น คุณสมบัติของแม่เหล็กของเหล็กนี้หยุดทันทีที่กระแสหยุด

จากสิ่งนี้ ฟาราเดย์จึงได้คิดค้นการทดลองประเภทนี้: ลวดหุ้มฉนวนสองเส้นพันรอบวงแหวนเหล็ก ยิ่งกว่านั้น ลวดเส้นหนึ่งพันรอบครึ่งหนึ่งของวงแหวน และอีกเส้นพันรอบอีกเส้นหนึ่ง กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่กัลวานิกถูกส่งผ่านสายไฟเส้นหนึ่ง และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อกระแสปิดหรือหยุดลงและเมื่อแหวนเหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็กหรือล้างอำนาจแม่เหล็ก เข็มกัลวาโนมิเตอร์จะสั่นอย่างรวดเร็วแล้วหยุดลงอย่างรวดเร็ว นั่นคือกระแสอุปนัยแบบเดียวกันทั้งหมดถูกกระตุ้นในลวดที่เป็นกลาง - นี่ เวลา: แล้วภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็ก

ดังนั้น นี่เป็นครั้งแรกที่แม่เหล็กถูกแปลงเป็นไฟฟ้า หลังจากได้รับผลลัพธ์เหล่านี้ ฟาราเดย์จึงตัดสินใจเปลี่ยนการทดลองของเขา แทนที่จะใช้แหวนเหล็ก เขาเริ่มใช้สายรัดเหล็ก แทนที่จะเป็นแม่เหล็กที่น่าตื่นเต้นในเหล็กด้วยกระแสไฟฟ้า เขาทำให้เหล็กเป็นแม่เหล็กโดยแตะกับแม่เหล็กเหล็กถาวร ผลลัพธ์ก็เหมือนเดิม: ในลวดพันรอบเตารีดเสมอ! กระแสตื่นเต้นในช่วงเวลาของการสะกดจิตและล้างอำนาจแม่เหล็กของเหล็ก

จากนั้นฟาราเดย์ก็แนะนำแม่เหล็กเหล็กเข้าไปในเกลียวลวด - วิธีการและการกำจัดของหลังที่เกิดจากลวด กระแสเหนี่ยวนำ. กล่าวอีกนัยหนึ่ง สนามแม่เหล็กในแง่ของการกระตุ้นของกระแสอุปนัย กระทำในลักษณะเดียวกับกระแสกัลวานิกทุกประการ