>> Відкриття електромагнітної індукції

Глава 2. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ

Досі ми розглядали електричні та магнітні поля, які не змінювалися з часом. Було з'ясовано, що електростатичне поле створюється нерухомими зарядженими частинками, а магнітне поле - що рухаються, тобто електричним струмом. Тепер познайомимося з електричними та магнітними полями, які змінюються з часом.

Самий важливий факт, Який вдалося виявити, - це найтісніший взаємозв'язок між електричним та магнітним полями. Виявилося, що магнітне поле, що змінюється в часі, породжує електричне поле, А електричне поле , що змінюється , -- магнітне . Без зв'язку між полями різноманітність проявів електромагнітних сил був би настільки великим, яким воно спостерігається насправді. Не існувало б ні радіохвиль, ні світла.

§ 8 ВІДКРИТТЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

У 1821 р. М. Фарадей записав у своєму щоденнику: «Перетворити магнетизм на електрику». Через 10 років це завдання було ним вирішено.

Невипадково перший, вирішальний кроку відкритті нових властивостей електромагнітних взаємодій зроблено основоположником уявлень про електромагнітне поле М. Фарадеєм, який був упевнений у єдиній природі електричних і магнітних явищ. Завдяки цьому він і зробив відкриття, що увійшло в основу пристрою генераторів всіх електростанції світу, що перетворюють механічну енергію на енергію електричного струму. (Джерела, що працюють на інших принципах: гальванічні елементи, акумулятори тощо, - дають мізерну частку електричної енергії, що виробляється.)

Електричний струм, розмірковував М. Фарадей, здатний намагнітити шматок заліза. Чи не може магніт, у свою чергу, спричинити появу електричного струму? Довгий часцей зв'язок виявити не вдавалося. Важко було додуматися до головного, а саме: магніт, що рухається, або магнітне поле, що міняється в часі, може порушити електричний струму котушці.

Якого роду випадковості могли завадити відкриття, свідчить наступний факт. Майже одночасно з Фарадеєм отримати електричний струм у котушці за допомогою магніту намагався швейцарський фізик Колладон. У ході роботи він користувався гальванометром, легка магнітна стрілка якого містилася всередині котушки приладу. Щоб магніт не безпосередньо впливав на стрілку, кінці котушки, куди Колладон вводив магніт, сподіваючись отримати в ній струм, були виведені в сусідню кімнатуі там приєднані до гальванометру. Вставивши магніт у котушку, Колладон ішов у сусідню кімнату і засмучено переконувався, що гальванометр не показує струму. Варто б йому весь час спостерігати за гальванометром, а когось попросити зайнятися магнітом, чудове відкриття було б зроблено. Але цього не сталося. магніт, Що Спочивається відносно котушки, не викликає в ній струму.

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання дискусійні питання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Вдосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні уроки календарний планна рік методичні рекомендаціїпрограми обговорення Інтегровані уроки

Тема уроку:

Відкриття електромагнітної індукції. Магнітний потік.

Ціль: ознайомити учнів із явищем електромагнітної індукції.

Хід уроку

I. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація знань.

1. Фронтальне опитування.

• У чому полягає гіпотеза Ампера?
• Що таке магнітна проникність?
• Які речовини називають пара- та діамагнетиками?
• Що таке ферити?
• Де застосовуються ферити?
• Звідки відомо, що навколо Землі є магнітне поле?
• Де знаходиться Північний та Південний магнітні полюси Землі?
• Які процеси відбуваються у магнітосфері Землі?
• Яка причина існування магнітного поля Землі?

2. Аналіз експериментів.

Експеримент 1

Магнітну стрілку на підставці піднесли до нижнього, а потім до верхнього кінця штативу. Чому стрілка повертається до нижнього кінця штатива з будь-якої сторони південним полюсом, а до верхнього кінця - північним кінцем?(Всі залізні предмети перебувають у магнітному полі Землі. Під впливом цього поля вони намагнічуються, причому нижня частина предмета виявляє північний магнітний полюс, а верхня - південний.)

Експеримент 2

У великій пробці корка зробіть невеликий жолобок для шматка дроту. Корок опустіть у воду, а зверху покладіть дріт, розташовуючи його по паралелі. При цьому дріт разом із пробкою повертається та встановлюється по меридіану. Чому?(Дрот був намагнічений і встановлюється у полі Землі як магнітна стрілка.)

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Між електричними зарядами, що рухаються, діють магнітні сили. Магнітні взаємодії описуються на основі уявлення про магнітне поле, що існує навколо електричних зарядів, що рухаються. Електричні та магнітні поля породжуються одними й тими самими джерелами - електричними зарядами. Можна припустити, що є зв'язок.

У 1831 р. М. Фарадей підтвердив це експериментально. Він відкрив явище електромагнітної індукції (слайди 1,2).

Експеримент 1

Гальванометр приєднуємо до котушки, і висуватимемо з неї постійний магніт. Спостерігаємо відхилення стрілки гальванометра, виник струм (індукційний) (слайд 3).

Струм у провіднику виникає, коли провідник опиняється в ділянці дії змінного магнітного поля (слайд 4-7) .

Змінне магнітне поле Фарадей представляв як зміну числа силових ліній, що пронизують поверхню, обмежену цим контуром. Це число залежить від індукціїВ магнітного поля, від площі контуру S та його орієнтації у даному полі.

Ф = BS cos a - магнітний потік.

Ф [Вб] Вебер (слайд 8)

Індукційний струм може мати різні напрямки, які залежать від того, зменшується або зростає магнітний потік, що пронизує контур. Правило, що дозволяє визначити напрямок індукційного струму, було сформульовано в 1833р. е. X. Ленцем.

Експеримент 2

У легку алюмінієву обручку всуваємо постійний магніт. Кільце відштовхується від нього, а при висуванні притягується до магніту.

Результат залежить від полярності магніту. Відштовхування та притягування пояснюється виникненням у ньому індукційного струму.

При всмоктуванні магніту магнітний потік через кільце зростає: відштовхування кільця у своїй показує, що індукційний струмв ньому має такий напрямок, при якому вектор індукції його магнітного поля протилежний напрямку вектору індукції зовнішнього магнітного поля.

Правило Ленца:

Індукційний струм завжди має такий напрям, що його магнітне поле перешкоджає будь-яким змінам магнітного потоку, що викликає появуіндукційного струму(Слайд 9) .

IV. Проведення лабораторної роботи

Лабораторна робота на тему «Дослідна перевірка правила Ленца»

Прилади та матеріали:міліамперметр, котушка-моток, магніт дугоподібний.

Хід роботи

1. Приготуйте таблицю.

Новий період у розвитку фізичної науки починається з геніального відкриття Фарадеєм електромагнітної індукціїСаме у цьому відкритті яскраво виявилася здатність науки збагачувати техніку новими ідеями. Вже сам Фарадей передбачав з урахуванням свого відкриття існування електромагнітних хвиль. 12 березня 1832 р. він запечатав конверт із написом "Нові погляди, що підлягають нині зберіганню в запечатаному конверті в архівах Королівського товариства". Цей конверт був розкритий 1938 р. Виявилося, що Фарадей цілком ясно уявляв, що індукційні дії поширюються з кінцевою швидкістю хвильовим способом. "Я вважаю за можливе застосувати теорію коливань до поширення електричної індукції", - писав Фарадей. При цьому він вказував, що "на розповсюдження магнітного впливу потрібен час, тобто при впливі магніту на інший віддалений магніт або шматок заліза впливаюча причина (я дозволю собі назвати магнетизмом) поширюється від магнітних тіл поступово і для свого поширення вимагає певного часу Я думаю, що розповсюдження магнітних сил від магнітного полюса схоже на коливання схвильованої водної поверхні або ж на звукові коливаннячастинок повітря.

Фарадей розумів усю важливість своєї ідеї і, не маючи можливості перевірити її експериментально, вирішив за допомогою цього конверта "закріпити відкриття за собою і, таким чином, мати право у разі експериментального підтвердження оголосити цю дату датою свого відкриття". Отже, 12 березня 1832 р. людство вперше дійшло ідеї існування електромагнітні хвилі.З цієї дати починається історія відкриття радіо.

Але відкриття Фарадея мало важливе значенняне лише в історії техніки. Воно справило величезний вплив і розвиток наукового світорозуміння. З цього відкриття у фізику входить новий об'єкт - фізичне поле.Таким чином, відкриття Фарадея належить до тих фундаментальних науковим відкриттям, які залишають помітний слід у всій історії людської культури

Син лондонського коваля палітурник народився Лондоні 22 вересня 1791 р. Геніальний самоучка у відсутності можливості навіть закінчити початкову школуі проклав шлях у науку сам. Під час навчання палітурці він читав книги, особливо з хімії, сам проробляв хімічні досліди. Слухаючи публічні лекціїзнаменитого хіміка Деві, він остаточно переконався, що його покликання - наука, і звернувся до нього з проханням прийняти на роботу в Королівський інститут. З 1813, коли Фарадей був прийнятий в інститут лаборантом, і до самої смерті (25 серпня 1867) він жив наукою. Вже 1821 р., коли Фарадей отримав електромагнітне обертання, він поставив за мету " перетворити магнетизм на електрику " . Десять років пошуків та напруженої праці увінчалися відкриттям 29 серпня 1871 електромагнітної індукції.

"Двісті три фути мідного дроту в одному шматку були намотані на великий дерев'яний барабан; інші двісті три фути такого ж дроту були ізольовані у вигляді спіралі між витками першої обмотки, причому металевий контакт був усунений за допомогою шнурка. Одна з цих спіралей була з'єднана з гальванометром, а інша - з добре зарядженою батареєю зі ста пар пластин в чотири квадратні дюйми з подвійними мідними пластинами. Так описав Фарадей свій перший досвід з індукції струмів. Він назвав цей вид індукції вольта-електричною індукцією. Далі він описує свій основний досвід із залізним кільцем - прототипом сучасного трансформаторів.

"З круглого брускового м'якого заліза було зварено кільце; товщина металу дорівнювала семи восьмим дюймам, а зовнішній діаметр кільця - шести дюймам. На одну частину цього кільця були намотані три спіралі, що містять кожна близько двадцяти чотирьох футів мідного дроту, товщиною в одну. Спиралі були ізольовані від заліза і один від одного..., займаючи приблизно дев'ять дюймів по довжині кільця Ними можна було користуватися окремо і в з'єднанні, ця група позначена літерою А. На іншу частину кільця було намотано таким же способом близько шістдесяти футів так само мідного дроту у двох шматках, що утворював спіраль В, що мала однаковий напрямок зі спіралями А, але відокремлену від них на кожному кінці протягом приблизно півдюйма голим залізом.

Спіраль В поєднувалася мідними проводамиз гальванометром, розміщеним на відстані трьох футів від заліза. Окремі спіралі з'єднувалися кінці з кінцями так, що утворювали загальну спіраль, кінці якої з'єднувалися з батареєю із десяти пар пластин у чотири квадратні дюйми. Гальванометр реагував негайно, і притому значно сильніше, ніж це спостерігалося, як описано вище, при користуванні вдесятеро потужнішою спіраллю, але без заліза; однак, незважаючи на збереження контакту, дія припинялася. При розмиканні контакту з батареєю стрілка знову сильно відхилялася, але у протилежному напрямку, яке індукувалося у першому випадку".

Фарадей досліджував далі безпосереднім досвідом вплив заліза, вносячи всередину порожньої котушки залізний стрижень, у цьому випадку "індукований струм чинив на гальванометр дуже сильну дію". "Подібна дія була потім отримана за допомогою звичайних магнітівФарадей назвав цю дію магнітоелектричною індукцією,вважаючи, що природа вольта-електричної та магнітоелектричної індукції однакова.

Усі описані досліди складають зміст першого та другого розділів класичної праці Фарадея. Експериментальні дослідженняз електрики", розпочатого 24 листопада 1831 р. У третьому розділі цієї серії "Про новий електричний стан матерії" Фарадей вперше намагається описати нові властивості тіл, що виявляються в електромагнітній індукції. Він називає це виявлене ним властивість "електротонічним станом". Це перший зародок ідеї поля, що сформувалася пізніше у Фарадея і вперше точно сформульованої Максвеллом.Чавертий розділ першої серії присвячений поясненню явища Араго. струм у гальванометрі за допомогою ковзних контактів. Динамо машина.Фарадей резюмує результати своїх дослідів такими словами: "Цим було показано таким чином, що можна створити постійний струм електрики за допомогою звичайного магніту". Зі своїх дослідів з індукції в рухомих провідниках Фарадей вивів залежність між полюсністю магніту, провідником, що рухається, і напрямом індукованого струму, тобто "закон, що управляє отриманням електрики за допомогою магнітоелектричної індукції". В результаті своїх досліджень Фарадей встановив, що "здатність індукувати струми проявляється по колу навколо магнітної рівнодіючої або силової осі точно так, як розташований по колу магнетизм виникає навколо електричного струму і виявляється" * .

* (М. Фарадей,Експериментальні дослідження з електрики, т. I, Вид. АН СРСР, 1947, стор 57.)

Іншими словами, навколо змінного магнітного потоку виникає вихрове електричне поле, подібно до того як навколо електричного струму виникає вихрове магнітне поле. Цей фундаментальний факт був узагальнений Максвеллом як його двох рівнянь електромагнітного поля.

Вивченню явищ електромагнітної індукції, особливо індукційної дії магнітного поля Землі, присвячено також другу серію "Досліджень", розпочату 12 січня 1832 р. Третю серію, розпочату 10 січня 1833 р., Фарадей присвячує доказу тотожності різних видівелектрики: електростатичної, гальванічної, тваринної, магнітоелектричної (тобто одержуваної за допомогою електромагнітної індукції). Фарадей приходить до висновку, що електрика, що отримується у різний спосіб, якісно однаково, різниця у діях лише кількісна. Цим був завданий останній удар концепції різних "флюїдів" смоляної та скляної електрики, гальванізму, тваринної електрики. Електрика виявилася єдиною, але полярною сутністю.

Дуже важлива п'ята серія "Досліджень" Фарадея, започаткована 18 червня 1833 р. Тут Фарадей починає свої дослідження електролізу, що привели його до встановлення знаменитих законів, що носять його ім'я. Ці дослідження були продовжені в сьомій серії, розпочатій 9 січня 1834 р. У цій останній серії Фарадей пропонує нову термінологію: полюси, що підводять струм в електроліт, він пропонує називати електродами,позитивний електрод називати анодом,а негативний - катодом,частинки відкладається речовини, що йдуть до анода він називає аніонами,а частинки, що йдуть до катода, - катіонами. Далі йому належать терміни електролітдля речовин, що розкладаються, іониі електрохімічні еквіваленти.Усі ці терміни міцно утрималися у науці. Фарадей робить правильний висновок із знайдених ним законів, що можна говорити про якесь абсолютній кількостіелектрики, що з атомами звичайної матерії. "Хоча ми нічого не знаємо про те, що таке атом, - пише Фарадей, - але ми мимоволі уявляємо собі якусь малу частинку, яка є нашому розуму, коли ми про неї думаємо; правда, в такому ж чи ще більшому невіданні ми знаходимося щодо електрики, ми навіть не в змозі сказати, чи являє собою особливу матерію чи матерії, чи просто рух звичайної речовини, чи ще вид якоїсь сили чи агента, проте є величезна кількість фактів, що змушують нас думати, що атоми матерії якимось чином обдаровані електричними силами або пов'язані з ними і вони зобов'язані своїми найбільш чудовими якостями, у тому числі своїм хімічним спорідненістю друг до друга " * .

* (М. Фарадей,Експериментальні дослідження з електрики, т. I, Вид. АН СРСР, 1947, стор 335.)

Таким чином, Фарадей виразно висловив ідею "електрифікації" матерії, атомної будовиелектрики, причому атом електрики, або, як виявляється Фарадей, "абсолютна кількість електрики", виявляється "так само визначеним за своєю дією,як будь-яке з тих кількостей,які, залишаючись пов'язаними з частинками матерії, повідомляють їх хімічна спорідненість".Елементарний електричний заряд, як показало подальший розвитокФізика дійсно може бути визначена з законів Фарадея.

Дуже важливе значення мала дев'ята серія "Досліджень" Фарадея. У цій серії, розпочатій 18 грудня 1834 р., йшлося про явища самоіндукції, про екстратоки замикання та розмикання. Фарадей вказує при описі цих явищ, що хоча їм притаманні риси інерції,однак від механічної інерції явище самоіндукції відрізняє той факт, що вони залежать від формипровідника. Фарадей зазначає, що "екстраток тотожний з... індукованим струмом" * . У результаті Фарадея склалося уявлення про дуже широке значення процесу індукції. В одинадцятій серії своїх досліджень, започаткованої 30 листопада 1837 р., він стверджує: "Індукція відіграє найзагальнішу роль у всіх електричних явищ, беручи участь, очевидно, у кожному їх, і носить насправді риси найпершого і значного початку" ** . Зокрема, на думку Фарадея, всякий процес зарядки є процес індукції, зміщенняпротилежних зарядів: "речовини не можуть бути заряджені абсолютно, а лише відносно, за законом, тотожним з індукцією. Будь-який заряд підтримується індукцією. Всі явища напругивключають початок індукцій" *** . Сенс цих тверджень Фарадея той, що будь-яке електричне поле ("явище напруги" - за термінологією Фарадея) обов'язково супроводжується індукційним процесом у середовищі ("зміщенням" - за пізнішою термінологією Максвелла). Цей процес визначається властивостями середовища Фарадея досвідом зі сферичним конденсатором визначив діелектричну проникність ряду речовин по відношенню до повітря.

* (М. Фарадей,Експериментальні дослідження з електрики, т. I, Вид. АН СРСР, 1947, стор 445.)

** (М. Фарадей,Експериментальні дослідження з електрики, т. I, Вид. АН СРСР, 1947, стор 478.)

*** (М. Фарадей,Експериментальні дослідження з електрики, т. I, Вид. АН СРСР, 1947, стор 487.)

Закон електромагнітної індукції був значно розвинений російським фізиком Петербурзької Академії Емілієм Християновичем Ленцем(1804-1865). 29 листопада 1833 р. Ленц доповів Академії наук своє дослідження "Про визначення напрямку гальванічних струмів, що збуджуються електродинамічною індукцією". Ленц показав, що магнітоелектрична індукція Фарадея тісно пов'язана з електромагнітними силами Ампера. "Положення, за допомогою якого магнітоелектричне явище зводиться до електромагнітного, полягає в наступному: якщо металевий провідник рухається поблизу гальванічного струму або магніту, то в ньому порушується гальванічний струм такого напрямку, що якщо б даний провідник був нерухомим, то струм міг би зумовити його переміщення в протилежний бік; при цьому передбачається, що провідник, що покоїться, може переміщатися тільки в напрямку руху або в протилежному напрямку" * .

* (Е. X. Ленц,Вибрані праці, Изд. АН СРСР, 1950, стор 148-149.)

Цей принцип Ленца розкриває енергетику індукційних процесів та відіграв важливу роль у роботах Гельмгольця щодо встановлення закону збереження енергії. Сам Ленц зі свого правила вивів добре відомий в електротехніці принцип оборотності електромагнітних машинЯкщо обертати котушку між полюсами магніту, вона генерує струм; навпаки, якщо в неї надіслати струм, вона буде обертатися. Електродвигун можна звернути до генератора і навпаки. Вивчаючи дію магнітоелектричних машин, Ленц відкриває у 1847 р. реакцію якоря.

У 1842-1843 роках. Ленц зробив класичне дослідження "Про закони виділення тепла гальванічним струмом" (повідомлено 2 грудня 1842 р., опубліковано в 1843 р.), розпочате ним задовго до аналогічних досвідів Джоуля (повідомлення Джоуля з'явилося в жовтні 1841 р.) і продовжене їм Джоуля, "оскільки досвіди останнього можуть зустріти деякі обґрунтовані заперечення, як це було показано нашим колегою паном акад. Гессом" * . Ленц вимірює величину струму за допомогою тангенс-бусолі - приладу, винайденого гельсингфорським професором Йоганном Нервандером (1805-1848), і в першій частині свого повідомлення досліджує цей прилад. У другій частині "Виділення тепла у дротах", доповненій 11 серпня 1843 р., він приходить до свого знаменитого закону:

"
1. Нагрівання дроту гальванічним струмом пропорційно опору дроту.
2. Нагрівання дроту гальванічним струмом пропорційно квадрату службовця для нагрівання струму"**.

* (Е. X. Ленц,Вибрані праці, Изд. АН СРСР, 1950, стор 361.)

** (Е. X. Ленц,Вибрані праці, Изд. АН СРСР, 1950, стор 441.)

Закон Джоуля – Ленца зіграв важливу роль у встановленні закону збереження енергії. Весь розвиток науки про електричні та магнітні явища підводило до ідеї єдності сил природи, до ідеї збереження цих "сил".

Майже одночасно з Фарадеєм електромагнітну індукцію спостерігав американський фізик Джозеф Генрі(1797-1878). Генрі виготовив великий електромагніт (1828), який, живлячись від гальванічного елемента з малим опором, підтримував вантаж у 2000 фунтів. Про це електромагніт згадує Фарадей і вказує, що з його допомогою можна при розмиканні отримати сильну іскру.

Генрі вперше (1832) спостерігав явище самоіндукції, та його пріоритет відзначений найменуванням одиниці самоіндукції "генрі".

У 1842 р. Генрі встановив коливальний характеррозряду лейденської банки. Тонка скляна голка, з допомогою якої він досліджував це, намагнічивалась з різною полярністю, тоді як напрямок розряду залишалося незмінним. "Розряд, яка б не була його природа, - робить висновок Генрі, - не представляється (користуючись теорією Франкліна. - П. К.) одиничним перенесенням повітряного флюїду з однієї обкладки на іншу; виявлене явище змушує нас допустити існування головного розряду в одному напрямку, а потім кілька дивних дій назад і вперед, кожна з яких є слабшою, ніж попередня, що триває доти, доки не настане рівновага».

Індукційні явища стають провідною темою фізичних дослідженнях. У 1845 р. німецький фізик Франц Нейман(1798-1895) дав математичний вираз закону індукції, узагальнивши дослідження Фарадея та Ленца.

Електрорушійна сила індукції виражалася у Неймана у вигляді похідної за часом від деякої функції, що індукує струм, та взаємної зміни взаємодіючих струмів. Цю функцію Нейман назвав електродинамічний потенціал.Він також знайшов вираз для коефіцієнта взаємної індукції. У творі " Про збереження сили " в 1847 р. Гельмгольц виводить неймановское вираз закону електромагнітної індукції з енергетичних міркувань. У цьому ж творі Гельмгольц стверджує, що розряд конденсатора є "не... простим рухом електрики в одному напрямку, але... протягом його то в один, то в інший бік між двох обкладок у вигляді коливань, які робляться все менше і менше, поки, нарешті, вся жива сила нічого очікувати знищена сумою опорів " .

У 1853 р. Вільям Томсон(1824-1907) дав математичну теоріюколивального розряду конденсатора та встановив залежність періоду коливань від параметрів коливального контуру(Формула Томсона).

У 1858 р. П. Блазерна(1836-1918) зняв експериментально резонансну криву електричних коливань, вивчаючи дію індукуючого розрядкою контуру, що містить батарею конденсаторів і замикає провідники на побічний контур, зі змінною довжиною провідника, що індукується. У тому ж 1858 р. Вільгельм Феддерсен(1832-1918) спостерігав іскровий розряд лейденської банки в дзеркалі, що обертається, а в 1862 р. він сфотографував зображення іскрового розряду в обертовому дзеркалі. Тим самим було коливальний характер розряду встановлено з повною очевидністю. Водночас експериментально було перевірено формулу Томсона. Так крок за кроком створювалося вчення про електричних коливаннях,що становить науковий фундамент електротехніки змінних струмів та радіотехніки.

Історія відкриття електромагнітної індукції. Відкриття Ганса Крістіана Ерстеда і Андре Марі Ампера показали, що електрика має магнітну силу. Вплив магнітних явищ на електричні було відкрито Майклом Фарадеєм. Ганс Крістіан Ерстед Андре Марі Ампер

Майкл Фарадей () «Перетворити магнетизм на електрику» - записав він у своєму щоденнику в 1822 році. Англійський фізик, основоположник вчення про електромагнітне поле, іноземний почесний член Петербурзької Академії Наук (1830).

Опис дослідів Майкла Фарадея На дерев'яний брусокнамотані дві мідні дроти. Один із дротів був з'єднаний з гальванометром, інший – із сильною батареєю. При замиканні ланцюга спостерігалася раптова, але надзвичайно слабка дія на гальванометрі, і та сама дія помічалася при припиненні струму. При безперервному проходженні струму через одну зі спіралей не вдалося виявити відхилення стрілки гальванометра.

Опис дослідів Майкла Фарадея Інший досвід полягав у реєстрації сплесків струму на кінцях котушки, всередину якої вставлявся постійний магніт. Такі сплески Фарадей назвав "хвилями електрики"

ЕРС індукції ЕРС індукції, що викликає сплески струму ("хвилі електрики") залежить не від величини магнітного потоку, а від швидкості його зміни.

1. Визначити напрямок ліній індукції зовнішнього поля (виходять з N і входять до S). 2.Визначити, збільшується або зменшується магнітний потік через контур (якщо магніт всувається в кільце, то Ф>0, якщо висувається, то Ф0, якщо висувається, то Ф0, якщо висувається, то Ф0, якщо висувається, то Ф0 якщо висувається, то Ф
3. Визначити напрямок ліній індукції магнітного поля, створеного індукційним струмом (якщо Ф>0, то лінії В і В направлені в протилежні сторони; якщо Ф 0, то лінії В і В направлені в протилежні сторони; якщо Ф 0, то лінії В і В направлені в протилежні сторони; якщо Ф 0, то лінії В і В направлені в протилежні сторони; якщо Ф 0, то лінії В і В направлені в протилежні сторони; якщо Ф

Запитання Сформулюйте закон електромагнітної індукції. Хто є основоположником цього закону? Що таке індукційний струм та як визначити його напрямок? Від чого залежить величина ЕРС індукції? Принцип дії яких електричних апаратів ґрунтується на законі електромагнітної індукції?

Електромагнітна індукція- Це явище, яке полягає у виникненні електричного струму в замкненому провіднику в результаті зміни магнітного поля, в якому він знаходиться. Це явище відкрив англійський фізик М. Фарадей у ​​1831 р. Суть його можна пояснити декількома простими дослідами.

Описаний у дослідах Фарадея принцип отримання змінного струму використовується в індукційних генераторах, що виробляють електричну енергіюна теплових чи гідроелектростанціях. Опір обертанню ротора генератора, що виникає при взаємодії індукційного струму з магнітним полем, долається за рахунок парової роботи або гідротурбіни, що обертає ротор. Такі генератори перетворять механічну енергію на енергію електричного струму .

Вихрові струми, або струми Фуко

Якщо масивний провідник помістити у змінне магнітне поле, то цьому провіднику завдяки явищу електромагнітної індукції виникають вихрові індукційні струми, звані струмами Фуко.

Вихрові струмивиникають також під час руху масивного провідника у постійному, але неоднорідному у просторі магнітному полі. Струми Фуко мають такий напрямок, що діюча на них у магнітному полі сила гальмує рух провідника. Маятник у вигляді суцільної металевої пластинки з немагнітного матеріалу, що здійснює коливання між полюсами електромагніту, різко зупиняється при включенні магнітного поля.

У багатьох випадках нагрівання, яке викликається струмами Фуко, виявляється шкідливим, і з ним доводиться боротися. Сердечники трансформаторів, ротори електродвигунів набирають із окремих залізних пластин, розділених шарами ізолятора, що перешкоджає розвитку великих індукційних струмів, а самі пластини виготовляють із сплавів, що мають високий питомий опір.

Електромагнітне поле

Електричне поле, створене нерухомими зарядами, є статичним і діє заряди. Постійний струмвикликає появу постійного у часі магнітного поля, що діє на заряди, що рухаються, і струми. Електричне та магнітне поляіснують у разі незалежно друг від друга.

Явище електромагнітної індукціїдемонструє взаємодію цих полів, що спостерігається в речовинах, у яких є вільні заряди, тобто у провідниках. p align="justify"> Змінне магнітне поле створює змінне електричне поле, яке, діючи на вільні заряди, створює електричний струм. Цей струм, будучи змінним, своєю чергою породжує змінне магнітне поле, що створює електричне поле у ​​тому провіднику, тощо.

Сукупність змінного електричного та змінного магнітного полів, що породжують один одного, називається електромагнітним полем . Воно може існувати і в середовищі, де немає вільних зарядів, і поширюється у просторі у вигляді електромагнітної хвилі.

Класична електродинаміка- одне з вищих досягненьлюдського розуму. Вона вплинула на подальший розвиток людської цивілізаціїпередбачивши існування електромагнітних хвиль. Це призвело до створення радіо, телебачення, телекомунікаційних систем, супутникових засобів навігації, і навіть комп'ютерів, промислових і побутових роботів та інших атрибутів сучасного життя.

Наріжним каменем теорії Максвелластало твердження, що джерелом магнітного поля може служити тільки змінне електричне поле, подібно до того, як джерелом електричного поля, Що створює у провіднику індукційний струм, служить змінне магнітне поле. Наявність провідника у своїй необов'язково - електричне полі виникає у порожньому просторі. Лінії змінного електричного поля, аналогічно лініям магнітного поля, замкнуті. Електричне та магнітне поля електромагнітної хвилі рівноправні.

Електромагнітна індукція у схемах та таблицях