กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ผู้ค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ปรากฏการณ์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบโดย Mile Faraday ในปี 1831 แม้กระทั่งเมื่อ 10 ปีก่อน ฟาราเดย์กำลังคิดหาวิธีเปลี่ยนแม่เหล็กให้เป็นไฟฟ้า เขาเชื่อว่าสนามแม่เหล็กและ สนามไฟฟ้าจะต้องเชื่อมต่ออย่างใด

การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่น ใช้ สนามไฟฟ้าคุณสามารถดึงดูดวัตถุที่เป็นเหล็กได้ อาจเป็นไปได้ด้วยความช่วยเหลือของแม่เหล็กที่จะได้รับ ไฟฟ้า.

ประการแรก ฟาราเดย์ได้ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวนำที่อยู่กับที่ซึ่งสัมพันธ์กัน เมื่อกระแสปรากฏขึ้นในหนึ่งในนั้น กระแสก็ถูกเหนี่ยวนำในอีกขดลวดหนึ่งด้วย ยิ่งกว่านั้นมันหายไปในอนาคตและปรากฏขึ้นอีกครั้งเมื่อปิดไฟของคอยล์เดียว

หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง ฟาราเดย์ได้พิสูจน์ในการทดลองว่าเมื่อมีการเคลื่อนย้ายขดลวดที่ไม่มีกระแสในวงจรที่สัมพันธ์กับวงจรอื่น เมื่อสิ้นสุดแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าก็จะปรากฏในขดลวดแรกเช่นกัน

การทดลองต่อไปคือการนำแม่เหล็กเข้าไปในขดลวดและในขณะเดียวกันก็มีกระแสปรากฏขึ้นด้วย การทดลองเหล่านี้แสดงในรูปต่อไปนี้

ฟาราเดย์ได้กำหนดสาเหตุหลักของการเกิดกระแสไฟในวงจรปิด ในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด กระแสจะเกิดขึ้นเมื่อจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่แทรกซึมผ่านวงจรนี้เปลี่ยนแปลงไป

ยิ่งการเปลี่ยนแปลงนี้มากเท่าใด กระแสเหนี่ยวนำก็จะยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น ไม่สำคัญว่าเราจะเปลี่ยนจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กได้อย่างไร ตัวอย่างเช่น สามารถทำได้โดยการย้ายรูปร่างในสนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ ดังที่เกิดขึ้นในการทดลองกับแม่เหล็กหรือการเคลื่อนที่ของขดลวด และเราสามารถยกตัวอย่างเช่น เปลี่ยนความแรงของกระแสในขดลวดที่อยู่ติดกับวงจร ในขณะที่สนามแม่เหล็กที่สร้างโดยขดลวดนี้จะเปลี่ยนไป

ถ้อยคำของกฎหมาย

มาสรุปกันสั้นๆ ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ของการเกิดกระแสในวงจรปิดโดยมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่วงจรนี้ตั้งอยู่

สำหรับการกำหนดกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่แม่นยำยิ่งขึ้น จำเป็นต้องใส่ค่าที่จะกำหนดลักษณะสนามแม่เหล็ก - ฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็ก

เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กแสดงด้วยตัวอักษร B ซึ่งจะแสดงลักษณะของสนามแม่เหล็ก ณ จุดใดก็ได้ในอวกาศ ตอนนี้ให้พิจารณารูปร่างปิดที่ล้อมรอบพื้นผิวด้วยพื้นที่ S ให้เราวางมันในสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอ

จะมีบางมุมระหว่างเวกเตอร์ตั้งฉากกับพื้นผิวและเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ผ่านพื้นผิวที่มีพื้นที่ S เรียกว่า ปริมาณทางกายภาพเท่ากับผลคูณของโมดูลัสของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและพื้นที่ผิวและโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กกับเส้นตั้งฉากกับเส้นชั้นความสูง

F \u003d B * S * cos (a)

ผลคูณ B*cos(a) คือการฉายภาพของเวกเตอร์ B ลงบนเส้นปกติ n ดังนั้น รูปแบบของฟลักซ์แม่เหล็กสามารถเขียนใหม่ได้ดังนี้

หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กคือเวเบอร์ แสดงว่า 1 Wb. ฟลักซ์แม่เหล็ก 1Wb ถูกสร้างขึ้น สนามแม่เหล็กด้วยการเหนี่ยวนำ 1 T ผ่านพื้นที่ผิว 1 m ^ 2 ซึ่งตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

หลังจากการค้นพบ Oersted และ Ampère เห็นได้ชัดว่าไฟฟ้ามีแรงแม่เหล็ก ตอนนี้จำเป็นต้องยืนยันอิทธิพล ปรากฏการณ์แม่เหล็กเป็นไฟฟ้า ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขอย่างชาญฉลาดโดยฟาราเดย์

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

ไม่กี่ก้าวจากบ้านที่ครอบครัวฟาราเดย์อาศัยอยู่ก็มีร้านหนังสือซึ่งเป็นร้านทำปกหนังสือด้วย นี่คือที่ที่ฟาราเดย์ต้องเรียนจบหลักสูตร โรงเรียนประถมศึกษาเมื่อมีคำถามเกี่ยวกับการเลือกอาชีพให้กับเขา ไมเคิลในเวลานั้นอายุเพียง 13 ปี ในวัยหนุ่มของเขา เมื่อฟาราเดย์เพิ่งเริ่มการศึกษาด้วยตนเอง เขาพยายามพึ่งพาข้อเท็จจริงเพียงอย่างเดียวและตรวจสอบรายงานของผู้อื่นด้วยประสบการณ์ของเขาเอง

แรงบันดาลใจเหล่านี้ครอบงำเขามาตลอดชีวิตในฐานะคุณสมบัติหลักของเขา กิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ทางกายภาพและ การทดลองทางเคมีฟาราเดย์เริ่มทำตั้งแต่ยังเป็นเด็กตั้งแต่รู้จักฟิสิกส์และเคมีเป็นครั้งแรก เมื่อไมเคิลเข้าร่วมการบรรยายครั้งหนึ่งของ Humphry Davy นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่

ฟาราเดย์จดบันทึกการบรรยายอย่างละเอียด ผูกมัด และส่งให้เดวี่ เขาประทับใจมากจนเสนอให้ฟาราเดย์ทำงานกับเขาเป็นเลขานุการ ในไม่ช้า Davy ก็เดินทางไปยุโรปและพา Faraday ไปกับเขา พวกเขาไปเยี่ยมมหาวิทยาลัยที่ใหญ่ที่สุดในยุโรปเป็นเวลาสองปี

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

จากประสบการณ์ของรุ่นก่อนและรวมหลาย ๆ อย่างเข้าด้วยกัน ประสบการณ์ของตัวเองภายในเดือนกันยายน พ.ศ. 2364 ไมเคิลได้พิมพ์ "เรื่องราวความสำเร็จของแม่เหล็กไฟฟ้า" ในเวลานั้นเขาได้สร้างแนวคิดที่ถูกต้องอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับสาระสำคัญของปรากฏการณ์การโก่งตัวของเข็มแม่เหล็กภายใต้การกระทำของกระแส

หลังจากประสบความสำเร็จนี้ ฟาราเดย์ออกจากการศึกษาด้านไฟฟ้าเป็นเวลาสิบปี อุทิศตนเพื่อการศึกษาวิชาหลายประเภทที่แตกต่างกัน ในปี ค.ศ. 1823 ฟาราเดย์ได้ค้นพบสิ่งสำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในสาขาฟิสิกส์ - ครั้งแรกที่เขาบรรลุการทำให้เป็นของเหลวของแก๊ส และในขณะเดียวกันก็ได้สร้างวิธีการง่ายๆ แต่ใช้ได้สำหรับการแปลงก๊าซให้เป็นของเหลว ในปี ค.ศ. 1824 ฟาราเดย์ได้ค้นพบหลายครั้งในด้านฟิสิกส์

เหนือสิ่งอื่นใด เขาได้กำหนดความจริงที่ว่าแสงส่งผลต่อสีของแก้วและทำให้สีเปลี่ยนไป ที่ ปีหน้าฟาราเดย์เปลี่ยนจากฟิสิกส์เป็นเคมีอีกครั้ง และผลงานของเขาในด้านนี้คือการค้นพบน้ำมันเบนซินและกรดแนฟทาลีนกำมะถัน

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

พูดอย่างเคร่งครัดในสาขาฟิสิกส์ที่สำคัญซึ่งปฏิบัติต่อปรากฏการณ์ของแม่เหล็กไฟฟ้าและไฟฟ้าอุปนัยและซึ่งปัจจุบันมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเทคโนโลยีถูกสร้างขึ้นโดยฟาราเดย์โดยไม่มีอะไรเกิดขึ้น

เมื่อฟาราเดย์ทุ่มเทให้กับการวิจัยด้านไฟฟ้าในที่สุด ก็ได้เป็นที่ยอมรับว่าด้วย เงื่อนไขปกติการปรากฏตัวของร่างกายที่ใช้ไฟฟ้าเพียงพอสำหรับอิทธิพลที่จะกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในร่างกายอื่น ๆ ในเวลาเดียวกัน เป็นที่ทราบกันว่าลวดที่กระแสไหลผ่านและเป็นตัวที่ใช้พลังงานไฟฟ้าด้วยนั้นไม่มีผลกระทบต่อสายไฟอื่นๆ ที่วางอยู่ใกล้ ๆ

อะไรทำให้เกิดข้อยกเว้นนี้ นี้เป็นคำถามที่สนใจฟาราเดย์และวิธีแก้ปัญหาที่ทำให้เขา การค้นพบที่สำคัญในด้านไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ตามปกติ ฟาราเดย์เริ่มการทดลองหลายครั้งซึ่งควรจะชี้แจงสาระสำคัญของเรื่องนี้

ฟาราเดย์พันลวดหุ้มฉนวนสองเส้นขนานกันบนหมุดไม้อันเดียวกัน เขาเชื่อมต่อปลายสายหนึ่งเข้ากับแบตเตอรี่ที่มีส่วนประกอบสิบชิ้น และปลายอีกเส้นหนึ่งเข้ากับกัลวาโนมิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อน เมื่อกระแสไหลผ่านเส้นแรก

ฟาราเดย์หันความสนใจไปที่กัลวาโนมิเตอร์ โดยคาดว่าจะสังเกตเห็นการสั่นของกระแสไฟฟ้าในเส้นลวดที่สองเช่นกัน อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดกระแสไฟฟ้ายังคงนิ่งอยู่ ฟาราเดย์ตัดสินใจเพิ่มกระแสและนำเซลล์กัลวานิก 120 เซลล์เข้าสู่วงจร ผลลัพธ์ก็เหมือนกัน ฟาราเดย์ทำซ้ำการทดลองนี้หลายสิบครั้ง ทั้งหมดก็ประสบความสำเร็จเช่นเดียวกัน

ใครก็ตามที่อยู่ในตำแหน่งของเขาจะออกจากการทดลองโดยเชื่อว่ากระแสที่ไหลผ่านลวดนั้นไม่มีผลกระทบต่อลวดข้างเคียง แต่ฟาราเดย์พยายามดึงข้อมูลจากการทดลองและการสังเกตทุกอย่างที่พวกเขาสามารถให้ได้มาโดยตลอด ดังนั้น เมื่อไม่ได้รับผลกระทบโดยตรงต่อสายไฟที่เชื่อมต่อกับเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า เขาจึงเริ่มมองหาผลข้างเคียง

เขาสังเกตเห็นทันทีว่าแกลวานอมิเตอร์ซึ่งสงบนิ่งตลอดเส้นทางของกระแสไหลเข้าสู่การสั่นที่ส่วนปิดสุดของวงจรและที่ช่องเปิด ปรากฎว่า ในขณะที่กระแสไหลผ่านไปยังเส้นลวดแรก และเมื่อสายที่สองนี้ถูกกระตุ้นด้วยกระแสซึ่งในกรณีแรกตรงข้ามกับกระแสแรกและเหมือนกันในกรณีที่สองและกินเวลาเพียงชั่วครู่เดียวเท่านั้น

กระแสน้ำทุติยภูมิทุติยภูมิเหล่านี้ที่เกิดจากอิทธิพลของกระแสหลัก ถูกเรียกว่าอุปนัยโดยฟาราเดย์ และชื่อนี้ยังคงรักษาไว้จนถึงปัจจุบัน ทันทีที่หายไปทันทีหลังจากการปรากฏตัวของพวกเขา กระแสอุปนัยจะไม่มีความสำคัญในทางปฏิบัติหากฟาราเดย์ไม่พบวิธีด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์อันชาญฉลาด (สับเปลี่ยน) เพื่อขัดจังหวะอย่างต่อเนื่องและดำเนินการกระแสหลักที่มาจากแบตเตอรี่ผ่าน สายแรกเนื่องจากในสายที่สองตื่นเต้นอย่างต่อเนื่องโดยกระแสอุปนัยมากขึ้นเรื่อย ๆ จึงคงที่ จึงพบแหล่งใหม่ พลังงานไฟฟ้านอกเหนือไปจากที่รู้จักกันก่อนหน้านี้ (กระบวนการแรงเสียดทานและเคมี) - การเหนี่ยวนำและ ชนิดใหม่ของพลังงานนี้คือไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

จากการทดลองของเขาต่อไป ฟาราเดย์ได้ค้นพบเพิ่มเติมว่าการประมาณง่ายๆ ของเส้นลวดที่บิดเป็นเส้นโค้งปิดไปยังอีกเส้นหนึ่ง ซึ่งกระแสกัลวานิกไหลไปตามนั้น ก็เพียงพอแล้วที่จะกระตุ้นกระแสอุปนัยในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสกัลวานิกในเส้นลวดที่เป็นกลาง การกำจัดลวดเป็นกลางอีกครั้งกระตุ้นกระแสอุปนัยในนั้นกระแสอยู่ในทิศทางเดียวกับกระแสกัลวานิกที่ไหลไปตามลวดคงที่และในที่สุดกระแสอุปนัยเหล่านี้จะตื่นเต้นเฉพาะในระหว่างการเข้าใกล้และการกำจัดของ ต่อเข้ากับตัวนำของกระแสไฟกัลวานิกและหากไม่มีการเคลื่อนไหวนี้ กระแสน้ำจะไม่ตื่นเต้น ไม่ว่าสายไฟจะอยู่ใกล้กันแค่ไหน .

ดังนั้นจึงมีการค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ซึ่งคล้ายกับปรากฏการณ์ที่อธิบายข้างต้นของการเหนี่ยวนำในระหว่างการปิดและสิ้นสุดของกระแสไฟฟ้า การค้นพบเหล่านี้ทำให้เกิดสิ่งใหม่ หากสามารถผลิตกระแสอุปนัยโดยการปิดและหยุดกระแสไฟฟ้ากัลวานิก จะได้ผลลัพธ์แบบเดียวกันจากการสะกดจิตและล้างอำนาจแม่เหล็กของเหล็กหรือไม่

งานของ Oersted และ Ampère ได้สร้างความสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กกับไฟฟ้าแล้ว เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเหล็กจะกลายเป็นแม่เหล็กเมื่อมีการพันลวดฉนวนไว้รอบ ๆ และกระแสกัลวานิกจะไหลผ่านส่วนหลัง และนั่น คุณสมบัติของแม่เหล็กของเหล็กนี้หยุดทันทีที่กระแสหยุด

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

ดังนั้น นี่เป็นครั้งแรกที่แม่เหล็กถูกแปลงเป็นไฟฟ้า หลังจากได้รับผลลัพธ์เหล่านี้ ฟาราเดย์จึงตัดสินใจเปลี่ยนการทดลองของเขา แทนที่จะใช้แหวนเหล็ก เขาเริ่มใช้สายรัดเหล็ก แทนที่จะเป็นแม่เหล็กที่น่าตื่นเต้นในเหล็กด้วยกระแสไฟฟ้า เขาทำให้เหล็กเป็นแม่เหล็กโดยสัมผัสแม่เหล็กเหล็กถาวร ผลลัพธ์ก็เหมือนเดิม: ในลวดพันรอบเตารีดเสมอ! กระแสไฟตื่นเต้นในช่วงเวลาของการสะกดจิตและล้างอำนาจแม่เหล็กของเหล็ก

จากนั้นฟาราเดย์ก็แนะนำแม่เหล็กเหล็กเข้าไปในเกลียวลวด - วิธีการและการกำจัดของหลังทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำในลวด กล่าวอีกนัยหนึ่ง สนามแม่เหล็กในแง่ของการกระตุ้นของกระแสอุปนัย ทำหน้าที่ในลักษณะเดียวกับกระแสกัลวานิกทุกประการ

ในเวลานั้นนักฟิสิกส์กำลังยุ่งอยู่กับปรากฏการณ์ลึกลับอย่างหนึ่งซึ่ง Arago ค้นพบในปี พ.ศ. 2367 และไม่พบคำอธิบายใด ๆ ก็ตาม ว่าคำอธิบายนี้ได้รับความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงในสมัยนั้นอย่าง Arago, Ampère, Poisson, Babaj และ Herschel

เรื่องมีดังนี้ เข็มแม่เหล็กที่แขวนอย่างอิสระจะหยุดลงอย่างรวดเร็วหากมีการนำวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็กมาอยู่ข้างใต้ ถ้าวงกลมหมุนแล้ว เข็มแม่เหล็กจะเริ่มตาม

ในสภาวะที่สงบ เป็นไปไม่ได้ที่จะค้นพบแรงดึงดูดหรือแรงผลักเพียงเล็กน้อยระหว่างวงกลมกับลูกศร ในขณะที่วงกลมเดียวกันซึ่งกำลังเคลื่อนที่อยู่ ไม่เพียงแต่ดึงลูกศรแสงเท่านั้น แต่ยังเป็นแม่เหล็กหนักด้วย ปรากฏการณ์อัศจรรย์อย่างแท้จริงนี้ดูเหมือนจะเป็นปริศนาลึกลับสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น เป็นอะไรที่เหนือธรรมชาติ

ฟาราเดย์อิงจากข้อมูลข้างต้นของเขา สันนิษฐานว่าวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็กจะหมุนเวียนระหว่างการหมุนด้วยกระแสอุปนัยที่ส่งผลต่อเข็มแม่เหล็กและดึงไปด้านหลังแม่เหล็ก

อันที่จริง โดยการแนะนำขอบของวงกลมระหว่างขั้วของแม่เหล็กรูปเกือกม้าขนาดใหญ่และเชื่อมต่อจุดศูนย์กลางและขอบของวงกลมด้วยกัลวาโนมิเตอร์ด้วยลวด ฟาราเดย์ได้รับกระแสไฟฟ้าคงที่ระหว่างการหมุนของวงกลม

ต่อจากนี้ ฟาราเดย์ได้ตั้งรกรากกับปรากฏการณ์อื่นที่ทำให้เกิดความอยากรู้อยากเห็นโดยทั่วไป ดังที่คุณทราบ ถ้าตะไบเหล็กโปรยลงบนแม่เหล็ก พวกมันจะถูกจัดกลุ่มตามเส้นบางเส้น เรียกว่าเส้นโค้งแม่เหล็ก ฟาราเดย์ดึงความสนใจไปที่ปรากฏการณ์นี้ ให้รากฐานในปี พ.ศ. 2374 กับเส้นโค้งแม่เหล็ก ชื่อ "เส้นแรงแม่เหล็ก" ซึ่งต่อมาถูกนำมาใช้โดยทั่วไป

การศึกษา "เส้น" เหล่านี้ทำให้ฟาราเดย์ค้นพบใหม่ ปรากฎว่าสำหรับการกระตุ้นของกระแสอุปนัยไม่จำเป็นต้องเข้าใกล้และกำจัดแหล่งกำเนิดจากขั้วแม่เหล็ก เพื่อกระตุ้นกระแสก็เพียงพอที่จะข้ามเส้นของแรงแม่เหล็กในลักษณะที่รู้จัก

ผลงานเพิ่มเติมของฟาราเดย์ในทิศทางดังกล่าวได้มาจากมุมมองที่ทันสมัยลักษณะของบางสิ่งบางอย่างที่น่าอัศจรรย์อย่างสมบูรณ์ ในตอนต้นของปี พ.ศ. 2375 เขาได้สาธิตอุปกรณ์ที่กระแสอุปนัยตื่นเต้นโดยไม่ต้องใช้แม่เหล็กหรือกระแสไฟฟ้า

อุปกรณ์ประกอบด้วยแถบเหล็กที่วางอยู่ในขดลวด อุปกรณ์นี้ภายใต้สภาวะปกติไม่ได้ให้สัญญาณเพียงเล็กน้อยของกระแสน้ำในนั้น แต่ทันทีที่เขาได้รับทิศทางที่สอดคล้องกับทิศทางของเข็มแม่เหล็ก กระแสก็ถูกกระตุ้นในเส้นลวด

จากนั้นฟาราเดย์ก็ให้ตำแหน่งของเข็มแม่เหล็กกับขดลวดหนึ่งอันแล้วใส่แถบเหล็กเข้าไป: กระแสก็ตื่นเต้นอีกครั้ง สาเหตุที่ทำให้เกิดกระแสในกรณีนี้คือสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งทำให้เกิดกระแสอุปนัยเช่นแม่เหล็กธรรมดาหรือกระแสไฟฟ้ากัลวานิก เพื่อแสดงและพิสูจน์สิ่งนี้ให้ชัดเจนยิ่งขึ้น ฟาราเดย์ได้ทำการทดลองอื่นที่ยืนยันความคิดของเขาอย่างเต็มที่

เขาให้เหตุผลว่าถ้าวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก เช่น ทองแดง หมุนในตำแหน่งที่มันตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กของแม่เหล็กข้างเคียง ให้กระแสอุปนัย จากนั้นวงกลมเดียวกันจะหมุนโดยที่ไม่มี แม่เหล็ก แต่ในตำแหน่งที่วงกลมจะข้ามเส้นของสนามแม่เหล็กโลก จะต้องให้กระแสอุปนัยด้วย

และแน่นอน วงกลมทองแดงหมุนในระนาบแนวนอน ให้กระแสอุปนัย ซึ่งทำให้เกิดความเบี่ยงเบนที่เห็นได้ชัดเจนของเข็มกัลวาโนมิเตอร์ ฟาราเดย์ยุติการศึกษาชุดหนึ่งในสาขาการเหนี่ยวนำไฟฟ้าด้วยการค้นพบนี้ ซึ่งเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2378 เกี่ยวกับ "ผลกระทบทางอุปนัยของกระแสที่มีต่อตัวมันเอง"

เขาพบว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าถูกปิดหรือเปิดออก กระแสอุปนัยที่เกิดขึ้นทันทีจะตื่นเต้นในตัวลวด ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวนำสำหรับกระแสนี้

นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) ให้กฎสำหรับการกำหนดทิศทาง กระแสเหนี่ยวนำ. “กระแสเหนี่ยวนำมักจะถูกชี้นำในลักษณะที่สนามแม่เหล็กสร้างอุปสรรคหรือชะลอการเคลื่อนไหวที่ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำ” เอเอกล่าว Korobko-Stefanov ในบทความเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า - ตัวอย่างเช่น เมื่อขดลวดเข้าใกล้แม่เหล็ก กระแสอุปนัยที่เป็นผลลัพธ์จะมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดนั้นจะอยู่ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็ก เป็นผลให้เกิดแรงผลักระหว่างขดลวดกับแม่เหล็ก

กฎของ Lenz เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน หากกระแสเหนี่ยวนำเร่งการเคลื่อนไหวที่ก่อให้เกิดขึ้น งานก็จะถูกสร้างขึ้นจากความว่างเปล่า ขดลวดเองหลังจากกดเล็กน้อยจะพุ่งเข้าหาแม่เหล็กและในขณะเดียวกันกระแสเหนี่ยวนำจะปล่อยความร้อนออกมา ในความเป็นจริง กระแสเหนี่ยวนำถูกสร้างขึ้นจากการนำแม่เหล็กและขดลวดเข้ามาใกล้กันมากขึ้น

ทำไมถึงมีกระแสเหนี่ยวนำ? คำอธิบายเชิงลึกของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดย James Clerk Maxwell นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ - ผู้สร้างเสร็จสมบูรณ์ ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์สนามแม่เหล็กไฟฟ้า

เพื่อให้เข้าใจสาระสำคัญของเรื่องนี้มากขึ้น ให้พิจารณาการทดลองง่ายๆ ให้ขดลวดประกอบด้วยเส้นลวดหนึ่งเส้นและเจาะด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับที่ตั้งฉากกับระนาบของการเลี้ยว แน่นอนว่าในขดลวดมีกระแสเหนี่ยวนำ แมกซ์เวลล์ตีความการทดลองนี้ด้วยความกล้าหาญและความคาดไม่ถึงเป็นพิเศษ

เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงในอวกาศ ตามคำบอกของ Maxwell กระบวนการที่เกิดขึ้นซึ่งการมีขดลวดลวดนั้นไม่มีความสำคัญ สิ่งสำคัญที่นี่คือลักษณะของเส้นวงแหวนปิดของสนามไฟฟ้าซึ่งครอบคลุมสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้น อิเล็กตรอนเริ่มเคลื่อนที่ และกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในขดลวด ขดลวดเป็นเพียงอุปกรณ์ที่ช่วยให้คุณตรวจจับสนามไฟฟ้าได้

สาระสำคัญของปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามไฟฟ้าที่มีเส้นแรงปิดในพื้นที่โดยรอบเสมอ สนามดังกล่าวเรียกว่าสนามกระแสน้ำวน

การวิจัยในสาขาการเหนี่ยวนำที่เกิดจากสนามแม่เหล็กโลกทำให้ฟาราเดย์มีโอกาสแสดงแนวคิดเกี่ยวกับโทรเลขให้เร็วที่สุดในปี พ.ศ. 2375 ซึ่งเป็นพื้นฐานของการประดิษฐ์นี้ โดยทั่วไปแล้ว การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้เกิดขึ้นโดยไม่มีเหตุผลมากที่สุด การค้นพบที่โดดเด่นศตวรรษที่ XIX - การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าหลายล้านตัวทั่วโลกขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์นี้ ...

ที่มาข้อมูล : สมินทร์ ดี.เค. “หนึ่งร้อยมหาราช การค้นพบทางวิทยาศาสตร์"., M.: "Veche", 2002

ตอบ:

ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาอิเล็กโทรไดนามิกส์หลังการทดลองของแอมแปร์คือการค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Faraday (1791 - 1867) ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ฟาราเดย์ยังคงเป็นนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์เช่น Oersted คิดว่าพลังแห่งธรรมชาติทั้งหมดเชื่อมโยงถึงกัน และยิ่งไปกว่านั้น พวกมันยังสามารถแปลงร่างเป็นกันและกันได้ เป็นที่น่าสนใจที่ฟาราเดย์แสดงความคิดนี้แม้กระทั่งก่อนการจัดตั้งกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ฟาราเดย์รู้เกี่ยวกับการค้นพบแอมแปร์ว่าเขาเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าให้เป็นแม่เหล็ก เมื่อไตร่ตรองการค้นพบนี้ ฟาราเดย์ได้ข้อสรุปว่าหาก "ไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก" ในทางกลับกัน "แม่เหล็กจะต้องสร้างกระแสไฟฟ้า" และย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2366 เขาเขียนไว้ในไดอารี่ว่า "เปลี่ยนแม่เหล็กให้เป็นไฟฟ้า" เป็นเวลาแปดปีที่ฟาราเดย์ทำงานเพื่อแก้ไขปัญหา เป็นเวลานานที่เขาถูกไล่ตามโดยความล้มเหลวและในที่สุดในปี 1831 เขาแก้ไขได้ - เขาค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ประการแรก ฟาราเดย์ได้ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในกรณีที่ขดลวดถูกพันบนดรัมเดียวกัน หากกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นหรือหายไปในขดลวดหนึ่งอันเป็นผลมาจากการเชื่อมต่อหรือถอดแบตเตอรี่กัลวานิกออกจากขดลวด กระแสไฟฟ้าระยะสั้นจะปรากฏในขดลวดอีกอันในขณะนั้น กระแสนี้ตรวจพบโดยกัลวาโนมิเตอร์ซึ่งเชื่อมต่อกับขดลวดที่สอง

จากนั้นฟาราเดย์ก็สร้างกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดเมื่อเข้าใกล้หรือเคลื่อนออกจากขดลวดซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหล

ในที่สุด กรณีที่สามของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งฟาราเดย์ค้นพบก็คือ กระแสปรากฏในขดลวดเมื่อแม่เหล็กถูกเสียบหรือถอดออกจากแม่เหล็ก

การค้นพบของฟาราเดย์ดึงดูดความสนใจของนักฟิสิกส์หลายคนซึ่งเริ่มศึกษาลักษณะของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย งานต่อไปคือการกำหนดกฎทั่วไปของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า จำเป็นต้องค้นหาว่าความแรงของกระแสเหนี่ยวนำในตัวนำขึ้นอยู่กับอะไรและอย่างไรหรือขึ้นอยู่กับค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำในตัวนำที่กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น

งานนี้พิสูจน์ได้ยาก ฟาราเดย์และแมกซ์เวลล์แก้ไขได้อย่างสมบูรณ์ในเวลาต่อมาในกรอบของหลักคำสอนที่พวกเขาพัฒนาขึ้นเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แต่นักฟิสิกส์ก็พยายามแก้ปัญหาด้วย ซึ่งยึดถือทฤษฎีระยะยาวซึ่งพบได้ทั่วไปในสมัยนั้นในหลักคำสอนปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก

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

กฎนี้สะดวกมากในการกำหนดทิศทางของกระแสอุปนัย เราใช้มันแม้กระทั่งตอนนี้ แต่ตอนนี้มันถูกสร้างขึ้นแตกต่างกันเล็กน้อยด้วยการฝังแนวคิดของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่ง Lenz ไม่ได้ใช้

แต่ในอดีต ความสำคัญหลักของกฎของ Lenz ก็คือมันทำให้เกิดแนวคิดว่าจะค้นหากฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างไร ความจริงก็คือในกฎอะตอมมีการสร้างการเชื่อมต่อระหว่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ากับปรากฏการณ์ของปฏิสัมพันธ์ของกระแส คำถามเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำได้รับการแก้ไขแล้วโดยAmpere ดังนั้นการสร้างการเชื่อมต่อนี้ในตอนแรกทำให้สามารถกำหนดการแสดงออกของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำในตัวนำสำหรับกรณีพิเศษหลายกรณี

ที่ ปริทัศน์กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าดังที่เราได้กล่าวไปแล้วนั้น ก่อตั้งโดยฟาราเดย์และแมกซ์เวลล์

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า - ปรากฏการณ์ของการเกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านมีการเปลี่ยนแปลง

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

การเหนี่ยวนำตนเอง - การเกิดขึ้นของ EMF ของการเหนี่ยวนำในวงจรการนำไฟฟ้าแบบปิดเมื่อกระแสที่ไหลผ่านวงจรเปลี่ยนแปลง

เมื่อกระแสในวงจรเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนและ สนามแม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยเส้นขอบนี้ การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กนี้ อันเนื่องมาจากกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า นำไปสู่การกระตุ้นของ EMF อุปนัยในวงจรนี้

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง (แนวคิดนี้เกี่ยวข้องกับแนวคิดของการชักนำซึ่งกันและกันเนื่องจากเป็นกรณีพิเศษ)

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

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

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

จนถึงตอนนี้เราได้พิจารณาสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา พบว่ามีการสร้างสนามไฟฟ้าขึ้น ค่าไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก - ประจุเคลื่อนที่ เช่น กระแสไฟฟ้า มาทำความคุ้นเคยกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนไปตามกาลเวลากัน

ที่สุด ข้อเท็จจริงที่สำคัญซึ่งถูกค้นพบว่าเป็นความสัมพันธ์ที่ใกล้เคียงที่สุดระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กที่แปรตามเวลาจะสร้างสนามไฟฟ้า และสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามแม่เหล็ก หากปราศจากการเชื่อมต่อระหว่างสนาม ความหลากหลายของปรากฏการณ์ของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่กว้างขวางเท่าที่เป็นอยู่จริง จะไม่มีคลื่นวิทยุหรือแสง

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ครั้งแรก ขั้นเด็ดขาดในการค้นพบคุณสมบัติใหม่ของการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้ผู้ก่อตั้งแนวคิดเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า - ฟาราเดย์ ฟาราเดย์มั่นใจในธรรมชาติที่เป็นหนึ่งเดียวของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก ด้วยเหตุนี้เขาจึงค้นพบซึ่งต่อมาได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าทั้งหมดในโลกโดยแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานกระแสไฟฟ้า (แหล่งอื่นๆ: เซลล์กัลวานิก แบตเตอรี่ ฯลฯ - ให้พลังงานที่สร้างขึ้นในปริมาณเล็กน้อย)

กระแสไฟฟ้า ฟาราเดย์ให้เหตุผลว่าสามารถดึงดูดชิ้นส่วนของเหล็กได้ แม่เหล็กสามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้หรือไม่?

ไม่พบการเชื่อมต่อนี้เป็นเวลานาน เป็นการยากที่จะนึกถึงสิ่งสำคัญ กล่าวคือ มีเพียงแม่เหล็กเคลื่อนที่หรือสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาเท่านั้นที่สามารถกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในขดลวดได้

อุบัติเหตุประเภทใดที่สามารถป้องกันการค้นพบได้ แสดงให้เห็นข้อเท็จจริงดังต่อไปนี้ เกือบพร้อมกันกับฟาราเดย์ นักฟิสิกส์ชาวสวิส Colladon พยายามดึงกระแสไฟฟ้าในขดลวดโดยใช้แม่เหล็ก ขณะทำงาน เขาใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าซึ่งมีเข็มแม่เหล็กแบบเบาซึ่งวางอยู่ในขดลวดของอุปกรณ์ เพื่อไม่ให้แม่เหล็กส่งผลกระทบโดยตรงต่อเข็ม ปลายของขดลวดที่ Colladon ผลักแม่เหล็กโดยหวังว่าจะได้รับกระแสไฟจึงถูกดึงออกมา ห้องติดกันและมีการเชื่อมต่อกับเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า เมื่อใส่แม่เหล็กเข้าไปในขดลวดแล้ว Colladon ก็เข้าไปในห้องถัดไปและด้วยความผิดหวัง

ทำให้แน่ใจว่ากัลวาโนมิเตอร์ไม่แสดงกระแสไฟ หากเพียงแต่เขาเฝ้ามองกัลวาโนมิเตอร์ตลอดเวลาและขอให้ใครซักคนทำงานเกี่ยวกับแม่เหล็ก การค้นพบที่น่าทึ่งก็จะเกิดขึ้น แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น แม่เหล็กที่อยู่นิ่งเมื่อเทียบกับขดลวดทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ในนั้น

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยการเกิดขึ้นของกระแสไฟฟ้าในวงจรการนำไฟฟ้าซึ่งวางอยู่ในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา หรือเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กคงที่ในลักษณะที่จำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กทะลุผ่าน การเปลี่ยนแปลงวงจร มันถูกค้นพบเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 เป็นกรณีที่ไม่ค่อยเกิดขึ้นนักเมื่อทราบวันที่ของการค้นพบที่น่าทึ่งครั้งใหม่อย่างแม่นยำ นี่คือคำอธิบายของการทดลองครั้งแรกโดยฟาราเดย์เอง:

“บาดแผลบนขดไม้กว้าง ลวดทองแดงยาว 203 ฟุต และระหว่างรอบของมันคือลวดที่มีความยาวเท่ากัน แต่หุ้มฉนวนจากด้ายฝ้ายเส้นแรก หนึ่งในเกลียวเหล่านี้เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์และอีกอันเป็นแบตเตอรี่ที่แข็งแรงซึ่งประกอบด้วยเพลต 100 คู่ ... เมื่อวงจรถูกปิด เป็นไปได้ที่จะสังเกตเห็นการกระทำอย่างกะทันหัน แต่อ่อนแออย่างยิ่งต่อกัลวาโนมิเตอร์และ เดียวกันก็สังเกตเห็นเมื่อกระแสหยุด ด้วยกระแสที่ไหลผ่านอย่างต่อเนื่องในขดลวดตัวใดตัวหนึ่ง จึงไม่สามารถสังเกตผลกระทบใดๆ ต่อกัลวาโนมิเตอร์ หรือโดยทั่วไปแล้วผลกระทบทางอุปนัยใดๆ ต่ออีกขดลวดหนึ่ง แม้ว่าจะมีความร้อนของขดลวดทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ก็ตาม และความสว่างของประกายไฟที่กระโดดระหว่างถ่านหิน ยืนยันถึงพลังงานแบตเตอรี่ "(Faraday M. " การศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับไฟฟ้า" ชุดที่ 1)

ดังนั้น ในตอนแรก การเหนี่ยวนำถูกค้นพบในตัวนำที่ไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กันในระหว่างการปิดและเปิดวงจร จากนั้น เข้าใจอย่างชัดเจนว่าการเข้าใกล้หรือการกำจัดตัวนำที่มีกระแสควรนำไปสู่ผลลัพธ์เดียวกันกับการปิดและการเปิดของวงจร ฟาราเดย์พิสูจน์โดยการทดลองว่ากระแสเกิดขึ้นเมื่อขดลวดเคลื่อนที่เข้าหากัน

เทียบกับเพื่อน ฟาราเดย์คุ้นเคยกับผลงานของแอมแปร์และเข้าใจว่าแม่เหล็กคือกลุ่มของกระแสน้ำขนาดเล็กที่หมุนเวียนอยู่ในโมเลกุล เมื่อวันที่ 17 ตุลาคม ตามที่บันทึกไว้ในสมุดบันทึกของห้องปฏิบัติการของเขา ตรวจพบกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดในระหว่างการแทรก (หรือถอน) ของแม่เหล็ก ภายในหนึ่งเดือน ฟาราเดย์ได้ทดลองค้นพบคุณลักษณะที่สำคัญทั้งหมดของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการทดลอง

ในปัจจุบัน การทดลองของฟาราเดย์สามารถทำซ้ำได้กับทุกคน ในการทำเช่นนี้ คุณต้องมีขดลวดสองตัว แม่เหล็ก แบตเตอรี่ขององค์ประกอบ และกัลวาโนมิเตอร์ที่มีความไวเพียงพอ

ในการติดตั้งที่แสดงในรูปที่ 238 กระแสเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในขดลวดตัวใดตัวหนึ่งเมื่อปิดหรือเปิดวงจรไฟฟ้าของอีกขดลวดหนึ่งซึ่งอยู่นิ่งเมื่อเทียบกับขดลวดแรก ในการติดตั้งในรูปที่ 239 รีโอสแตทจะเปลี่ยนกระแสในขดลวดตัวใดตัวหนึ่ง ในรูปที่ 240 a กระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นเมื่อขดลวดเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน และในรูปที่ 240 b - เมื่อเคลื่อนที่ แม่เหล็กถาวรเกี่ยวกับขดลวด

ฟาราเดย์เองได้เข้าใจถึงสิ่งทั่วไปที่กำหนดลักษณะของกระแสเหนี่ยวนำในการทดลองที่ดูแตกต่างออกไปภายนอก

ในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด กระแสจะเกิดขึ้นเมื่อจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้เปลี่ยนแปลงไป และยิ่งจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าใด กระแสเหนี่ยวนำที่เป็นผลลัพธ์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในกรณีนี้เหตุผลในการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กนั้นไม่แยแสโดยสิ้นเชิง นี่อาจเป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นที่ของวงจรนำไฟฟ้าคงที่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความแรงของกระแสในขดลวดที่อยู่ติดกัน (รูปที่ 238) และการเปลี่ยนแปลงจำนวน เส้นเหนี่ยวนำเนื่องจากการเคลื่อนที่ของวงจรในสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ความหนาแน่นของเส้นที่แปรผันในอวกาศ (รูปที่ 241)

เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก \(~\vec B\) กำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กในแต่ละจุดในอวกาศ ให้เราแนะนำปริมาณอีกปริมาณหนึ่งที่ขึ้นอยู่กับค่าของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไม่ใช่ที่จุดเดียว 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 คือการฉายภาพของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กสู่ค่าปกติกับองค์ประกอบ 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) คุณสมบัติพื้นฐานของสนามแม่เหล็กเกิดจากการไม่มีประจุแม่เหล็ก หากไม่มีประจุไฟฟ้า ฟลักซ์ไฟฟ้าที่ผ่านพื้นผิวปิดจะเป็นศูนย์

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

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

M. Faraday มั่นใจในธรรมชาติที่เป็นหนึ่งเดียวของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก แต่ เป็นเวลานานไม่พบความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์เหล่านี้ เป็นการยากที่จะนึกถึงประเด็นหลัก: มีเพียงสนามแม่เหล็กที่แปรตามเวลาเท่านั้นที่สามารถกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในขดลวดคงที่ หรือตัวขดลวดเองจะต้องเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก

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

ดังนั้น ในตอนแรก การเหนี่ยวนำถูกค้นพบในตัวนำที่ไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กันในระหว่างการปิดและเปิดวงจร จากนั้น เข้าใจอย่างชัดเจนว่าการเข้าใกล้หรือการกำจัดตัวนำที่มีกระแสควรนำไปสู่ผลลัพธ์เช่นเดียวกับการปิดและเปิดวงจร ฟาราเดย์ได้พิสูจน์ผ่านการทดลองที่กระแสเกิดขึ้นเมื่อขดลวดเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน (รูปที่ 3)

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

ภายในหนึ่งเดือน ฟาราเดย์ได้ทดลองค้นพบคุณลักษณะที่สำคัญทั้งหมดของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการทดลอง มันยังคงให้กฎหมายมีรูปแบบเชิงปริมาณที่เข้มงวดและเปิดเผยลักษณะทางกายภาพของปรากฏการณ์อย่างเต็มที่ ฟาราเดย์เองได้เข้าใจถึงสิ่งทั่วไปที่กำหนดลักษณะของกระแสเหนี่ยวนำในการทดลองที่ดูแตกต่างออกไปภายนอก

ในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด กระแสจะเกิดขึ้นเมื่อจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้เปลี่ยนแปลงไป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

และยิ่งจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าไหร่ กระแสที่ได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในกรณีนี้เหตุผลในการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กนั้นไม่แยแสโดยสิ้นเชิง นี่อาจเป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะตัวนำคงที่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความแรงของกระแสในขดลวดที่อยู่ติดกันและการเปลี่ยนแปลงในจำนวนเส้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของวงจรในสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน , ความหนาแน่นของเส้นซึ่งแตกต่างกันไปตามพื้นที่ (รูปที่ 5)

กฎของเลนซ์

กระแสอุปนัยที่เกิดขึ้นในตัวนำจะเริ่มโต้ตอบกับกระแสหรือแม่เหล็กที่สร้างขึ้นทันที หากแม่เหล็ก (หรือขดลวดที่มีกระแส) ถูกนำเข้ามาใกล้ตัวนำที่ปิด กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นพร้อมกับสนามแม่เหล็กของมันจะขับไล่แม่เหล็ก (ขดลวด) งานต้องทำเพื่อให้แม่เหล็กและขดลวดเข้ามาใกล้กันมากขึ้น เมื่อดึงแม่เหล็กออก จะเกิดการดึงดูด กฎนี้ปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัด ลองนึกภาพถ้าสิ่งต่าง ๆ แตกต่างออกไป: คุณผลักแม่เหล็กไปทางขดลวด แล้วแม่เหล็กก็จะพุ่งเข้าไปด้วยตัวมันเอง จะเป็นการฝ่าฝืนกฎการอนุรักษ์พลังงาน ท้ายที่สุด พลังงานกลของแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกัน กระแสไฟฟ้าก็จะเกิดขึ้น ซึ่งในตัวมันเองนั้นต้องการการใช้พลังงาน เนื่องจากกระแสไฟฟ้าก็สามารถทำงานได้เช่นกัน กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในกระดองเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ทำให้การหมุนของกระดองช้าลง ดังนั้นในการหมุนเกราะจึงจำเป็นต้องทำงานยิ่งมีความแข็งแกร่งมากขึ้น เนื่องจากงานนี้ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำขึ้น เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าหากสนามแม่เหล็กของโลกของเรามีขนาดใหญ่มากและไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างมาก การเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของตัวนำตัวนำบนพื้นผิวของมันและในชั้นบรรยากาศจะเป็นไปไม่ได้เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงของกระแสเหนี่ยวนำในร่างกายกับสิ่งนี้ สนาม. วัตถุจะเคลื่อนที่เหมือนในตัวกลางที่มีความหนืดหนาแน่นและในขณะเดียวกันก็จะได้รับความร้อนสูง ทั้งเครื่องบินและจรวดไม่สามารถบินได้ คนไม่สามารถขยับแขนหรือขาได้อย่างรวดเร็วเนื่องจาก ร่างกายมนุษย์- ตัวนำที่ดี

ถ้าขดลวดที่กระแสถูกเหนี่ยวนำนั้นคงที่เมื่อเทียบกับขดลวดข้างเคียงด้วย กระแสสลับตัวอย่างเช่นในหม้อแปลงในกรณีนี้ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำถูกกำหนดโดยกฎการอนุรักษ์พลังงาน กระแสนี้มักจะถูกชี้นำในลักษณะที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นมีแนวโน้มที่จะลดความแปรผันของกระแสในสนามแม่เหล็กหลัก

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 ท้ายที่สุดเวกเตอร์การเหนี่ยวนำ \ (~ \ vec B "\) ของสนามนี้มุ่งตรงไปที่เวกเตอร์การเหนี่ยวนำ \ (~ \ vec B \) ของสนามการเปลี่ยนแปลงซึ่งจะสร้างกระแสไฟฟ้า 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 . 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)

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงปิดมีค่าเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยลูป:

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

จะคำนึงถึงทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ (หรือสัญญาณของการเหนี่ยวนำ EMF) ในกฎหมายของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าตามกฎ Lenz ได้อย่างไร?

รูปที่ 7 แสดงวงปิด เราจะพิจารณาทิศทางบวกของการข้ามรูปร่างทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก ค่าปกติของรูปร่าง \(~\vec n\) จะเป็นสกรูขวาที่มีทิศทางบายพาส เครื่องหมายของ EMF กล่าวคือ งานเฉพาะ ขึ้นอยู่กับทิศทางของแรงภายนอกที่สัมพันธ์กับทิศทางของการเลี่ยงผ่านวงจร หากทิศทางเหล่านี้ตรงกันก็ อีผม > 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 ระบบสากลหน่วยกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าใช้เพื่อสร้างหน่วยของฟลักซ์แม่เหล็ก หน่วยนี้เรียกว่าเวเบอร์ (Wb)

ตั้งแต่ EMF ของการเหนี่ยวนำ อี i แสดงเป็นโวลต์ และเวลาเป็นวินาที จากกฎหมาย Weber EMP สามารถกำหนดได้ดังนี้

ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงปิดมีค่าเท่ากับ 1 Wb หากฟลักซ์นี้ลดลงอย่างสม่ำเสมอเป็นศูนย์ใน 1 วินาที แรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำเท่ากับ 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 ) ช่วยในการตรวจจับสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเท่านั้น สนามทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในตัวนำและด้วยเหตุนี้จึงเผยให้เห็นตัวเอง สาระสำคัญของปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวนำคงที่นั้นไม่มากนักในลักษณะของกระแสเหนี่ยวนำ แต่ในลักษณะของสนามไฟฟ้าที่ทำให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่

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 ตามกฎของ Lenz ในขณะที่การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก \(~\left (\frac(\Delta B)(\Delta t) > 0 \right)\) เพิ่มขึ้น เส้นสนาม \(~\vec E\) จะก่อตัว สกรูซ้ายที่มีทิศทางของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก \(~\vec B\)

การทำงานของสนามกระแสน้ำวนบนเส้นทางปิดไม่เหมือนกับสนามไฟฟ้าสถิตหรืออยู่กับที่ ไม่เท่ากับศูนย์ แท้จริงเมื่อประจุเคลื่อนไปตามนั้น สายปิดความแรงของสนามไฟฟ้า งานในทุกส่วนของเส้นทางมีสัญญาณเหมือนกัน เนื่องจากแรงและการกระจัดในทิศทางตรงกัน สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเช่นสนามแม่เหล็กไม่มีศักยภาพ

การทำงานของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนในการเคลื่อนประจุบวกหนึ่งประจุไปตามตัวนำคงที่แบบปิดนั้น มีค่าเท่ากับตัวเลข EMF การเหนี่ยวนำในตัวนำนี้

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

แน่นอน เรามีอิสระที่จะตั้งคำถามใดๆ ก่อนธรรมชาติ แต่ไม่ใช่ทุกคำถามจะสมเหตุสมผล ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้และจำเป็นต้องตรวจสอบสาเหตุของปรากฏการณ์ต่างๆ แต่ก็ไร้ประโยชน์ที่จะพยายามค้นหาว่าทำไมเวรกรรมจึงมีอยู่ทั้งหมด นั่นคือธรรมชาติของสิ่งต่าง ๆ นั่นคือโลกที่เราอาศัยอยู่

วรรณกรรม

1. 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.
2. Myakishev, ก.ย. ฟิสิกส์: อิเล็กโทรไดนามิกส์. 10-11 เซลล์ : การศึกษา เพื่อการศึกษาเชิงลึกฟิสิกส์ / ก.ญ. Myakishev, A.3. ซินยาคอฟ, V.A. สโลบอดสคอฟ. – ม.: บัสตาร์ด, 2548 – 476 น.