>> Ochilish elektromagnit induksiya

2-bob. ELEKTROMAGNETIK INDUKSIYA

Hozirgacha biz vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydigan elektr va magnit maydonlarni ko'rib chiqdik. Elektrostatik maydonni harakatsiz zaryadlangan zarralar, magnit maydonni esa harakatlanuvchilar, ya'ni elektr toki hosil qilishi aniqlandi. Endi vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan elektr va magnit maydonlar bilan tanishamiz.

Ko'pchilik muhim fakt, elektr va magnit maydonlari o'rtasidagi eng yaqin bog'liqlik ekanligi aniqlangan. Vaqt bo'yicha o'zgaruvchan magnit maydon hosil bo'lishi ma'lum bo'ldi elektr maydoni, va o'zgaruvchan elektr maydoni magnitdir. Maydonlar o'rtasidagi bu bog'liqliksiz, elektromagnit kuchlarning ko'rinishlarining xilma-xilligi amalda kuzatilgan darajada keng bo'lmaydi. Hech qanday radio to'lqinlar yoki yorug'lik bo'lmaydi.

§ 8 ELEKTROMAGNETIK INDUKSIYONINING KASHFI

1821 yilda M. Faraday o'z kundaligida shunday deb yozgan edi: "Magnitizmni elektrga aylantiring". 10 yildan keyin bu muammoni u hal qildi.

Birinchi bo'lishi bejiz emas hal qiluvchi qadam elektromagnit o'zaro ta'sirlarning yangi xossalarini ochishda elektromagnit maydon haqidagi g'oyalar asoschisi, elektr va elektromagnit o'zaro ta'sirlarning birlashgan tabiatiga ishongan M. Faraday tomonidan amalga oshirildi. magnit hodisalari. Buning yordamida u mexanik energiyani elektr toki energiyasiga aylantiradigan dunyodagi barcha elektr stantsiyalarining generatorlarini loyihalash uchun asos bo'lgan kashfiyot qildi. (Boshqa printsiplarda ishlaydigan manbalar: galvanik xujayralar, batareyalar va boshqalar ishlab chiqarilgan elektr energiyasining arzimas qismini ta'minlaydi.)

M. Faradayning ta'kidlashicha, elektr toki temir parchasini magnitlashga qodir. Magnit o'z navbatida elektr tokini keltirib chiqarishi mumkinmi? Uzoq vaqt bu aloqani topib bo'lmadi. Asosiy narsani o'ylash qiyin edi, ya'ni: harakatlanuvchi magnit yoki vaqt o'tishi bilan o'zgaruvchan magnit maydon qo'zg'atishi mumkin. elektr toki lasan ichida.

Qanday baxtsiz hodisalar kashfiyotga xalaqit berishi mumkinligi quyidagi faktni ko'rsatadi. Faraday bilan deyarli bir vaqtning o'zida shveytsariyalik fizik Kolladon magnit yordamida lasanda elektr tokini olishga harakat qildi. Ish jarayonida u galvanometrdan foydalangan, uning yorug'lik magnit ignasi asbobning lasaniga joylashtirilgan. Magnit o'qga to'g'ridan-to'g'ri ta'sir qilmasligi uchun, Kolladon magnitni kiritgan lasanning uchlari, unda oqim olish umidida, tashqariga chiqarildi. qo'shni xona va galvanometrga ulangan. Magnitni lasanga solib, Kolladon qo'shni xonaga kirdi va galvanometrda oqim ko'rsatilmaganiga ishonch hosil qilib, hafsalasi pir bo'ldi. Agar u galvanometrni doimo kuzatib tursa va kimdir magnit ustida ishlashni so'rasa, ajoyib kashfiyot qilingan bo'lardi. Lekin bu sodir bo'lmadi. G'altakga nisbatan tinch holatda bo'lgan magnit unda oqimga olib kelmaydi.

Dars mazmuni dars xulosasi qo'llab-quvvatlash ramka dars taqdimoti tezlashtirish usullari interaktiv texnologiyalar Amaliyot topshiriq va mashqlar o'z-o'zini tekshirish seminarlar, treninglar, keyslar, kvestlar uy vazifalarini muhokama qilish savollari talabalar tomonidan ritorik savollar Tasvirlar audio, videokliplar va multimedia fotosuratlar, rasmlar grafikasi, jadvallar, sxemalar hazil, latifalar, hazillar, komikslar, maqollar, krossvordlar, iqtiboslar Qo'shimchalar tezislar maqolalar, qiziquvchan varaqlar uchun chiplar darsliklar, asosiy va qo'shimcha atamalarning lug'ati Darslik va darslarni takomillashtirishdarslikdagi xatolarni tuzatish darslikdagi parchani yangilash darsdagi innovatsiya elementlarini eskirgan bilimlarni yangilari bilan almashtirish Faqat o'qituvchilar uchun mukammal darslar kalendar rejasi bir yil davomida ko'rsatmalar muhokama dasturlari Integratsiyalashgan darslar

Dars mavzusi:

Elektromagnit induksiyaning kashfiyoti. magnit oqimi.

Maqsad: talabalarni elektromagnit induksiya hodisasi bilan tanishtirish.

Darslar davomida

I. Tashkiliy moment

II. Bilimlarni yangilash.

1. Frontal tekshirish.

• Amper gipotezasi nima?
• Magnit o'tkazuvchanlik nima?
• Qanday moddalar para- va diamagnit deyiladi?
• Ferritlar nima?
• Ferritlar qayerda ishlatiladi?
• Yer atrofida magnit maydon borligini qayerdan bilasiz?
• Yerning shimoliy va janubiy magnit qutblari qayerda?
• Yer magnitosferasida qanday jarayonlar sodir bo'ladi?
• Yer yaqinida magnit maydon mavjudligining sababi nima?

2. Tajribalarni tahlil qilish.

Tajriba 1

Stend ustidagi magnit igna pastki qismiga, keyin esa tripodning yuqori uchiga keltirildi. Nima uchun strelka janubiy qutb bilan ikki tomondan tripodning pastki uchiga, yuqori uchiga esa shimoliy uchiga buriladi?(Barcha temir jismlar Yerning magnit maydonida. Bu maydon ta'sirida ular magnitlangan bo'lib, ob'ektning pastki qismi shimoliy magnit qutbni, tepasi esa janubni aniqlaydi.)

Tajriba 2

Katta mantar to'xtatuvchisida bir parcha sim uchun kichik truba qiling. Mantarni suvga tushiring va simni ustiga qo'ying, uni parallel bo'ylab joylashtiring. Bunday holda, sim, mantar bilan birga, meridian bo'ylab aylanadi va o'rnatiladi. Nega?(Sim magnitlangan va magnit igna kabi Yer maydoniga o'rnatiladi.)

III. Yangi materialni o'rganish

Harakatlanuvchi elektr zaryadlari o'rtasida magnit kuchlar mavjud. Magnit o'zaro ta'sirlar harakatlanuvchi elektr zaryadlari atrofida mavjud bo'lgan magnit maydon tushunchasi asosida tavsiflanadi. Elektr va magnit maydonlari bir xil manbalar - elektr zaryadlari tomonidan hosil bo'ladi. Ular o'rtasida bog'liqlik bor deb taxmin qilish mumkin.

1831 yilda M. Faraday buni eksperimental tarzda tasdiqladi. U elektromagnit induksiya hodisasini kashf etdi (slayd 1.2).

Tajriba 1

Biz galvanometrni bobinga ulaymiz va undan oldinga siljiymiz doimiy magnit. Biz galvanometr ignasining og'ishini kuzatamiz, oqim (induksiya) paydo bo'ldi (slayd 3).

O'tkazgichdagi oqim o'tkazgich o'zgaruvchan magnit maydon hududida bo'lganda paydo bo'ladi (slayd 4-7).

Faraday o'zgaruvchan magnit maydonni ma'lum bir kontur bilan chegaralangan sirtga kiradigan kuch chiziqlari sonining o'zgarishi sifatida ifodaladi. Bu raqam induksiyaga bog'liq DA magnit maydon, kontur maydonidan S va uning berilgan sohadagi yo'nalishi.

F \u003d BS cos a - magnit oqimi.

F [Wb] Weber (slayd 8)

Induksion oqim turli yo'nalishlarga ega bo'lishi mumkin, bu kontaktlarning zanglashiga olib kiradigan magnit oqimining kamayishi yoki ortishiga bog'liq. Induksiyalangan oqimning yo'nalishini aniqlash qoidasi 1833 yilda tuzilgan. E. X. Lenz.

Tajriba 2

Biz doimiy magnitni engil alyuminiy halqaga siljitamiz. Uzuk undan qaytariladi va uzaytirilganda magnitga tortiladi.

Natija magnitning polaritesiga bog'liq emas. Repulsiya va tortishish undagi induksiya oqimining paydo bo'lishi bilan izohlanadi.

Magnit ichkariga kiritilganda, halqa orqali magnit oqimi kuchayadi: bu holda halqaning itarilishi shuni ko'rsatadi. induksion oqim unda shunday yo'nalish mavjudki, uning magnit maydonining induksiya vektori tashqi magnit maydonning induksiya vektoriga qarama-qarshi bo'ladi.

Lenz qoidasi:

Induksion oqim har doim shunday yo'nalishga egaki, uning magnit maydoni magnit oqimdagi har qanday o'zgarishlarni oldini oladi, paydo bo'lishiga olib keladi induksion oqim(9-slayd).

IV. Laboratoriya ishlarini olib borish

“Lens qoidasini eksperimental tekshirish” mavzusidagi laboratoriya ishi.

Uskunalar va materiallar:milliampermetr, lasan-lagal, yoyli magnit.

Ish jarayoni

1. Jadval tayyorlang.

Fizika fanining rivojlanishida yangi davr Faradayning mohir kashfiyoti bilan boshlanadi elektromagnit induksiya. Ana shu kashfiyotda fanning texnikani yangi g‘oyalar bilan boyitish qobiliyati yaqqol namoyon bo‘ldi. Faradayning o'zi o'z kashfiyoti asosida elektromagnit to'lqinlar mavjudligini oldindan bilgan. 1832 yil 12 martda u "Yangi qarashlar, endi qirollik jamiyati arxivida muhrlangan konvertda saqlanadi" yozuvi bo'lgan konvertni muhrladi. Bu konvert 1938 yilda ochilgan. Ma'lum bo'lishicha, Faraday induksiya harakatlari to'lqin yo'lida chekli tezlikda tarqalishini juda aniq tushungan. "Men tebranishlar nazariyasini elektr induksiyasining tarqalishiga qo'llash mumkin deb hisoblayman", deb yozgan Faraday. Shu bilan birga, u ta'kidlaganidek, "magnit ta'sirning tarqalishi vaqt talab etadi, ya'ni magnit boshqa uzoq magnitga yoki temir bo'lagiga ta'sir qilganda, ta'sir qiluvchi sabab (men buni magnitlanish deb atashga ruxsat beraman) tarqaladi. magnit jismlardan asta-sekin va uning tarqalishi uchun ma'lum vaqt kerak bo'ladi, bu juda kichik bo'lib chiqadi.Men elektr induksiyasi ham xuddi shu tarzda tarqaladi deb ishonaman.Men magnit qutbdan magnit kuchlarning tarqalishiga o'xshash deb hisoblayman. qo'pol suv sathining tebranishi, yoki tovush tebranishlari havo zarralari.

Faraday o'z g'oyasining muhimligini tushundi va uni eksperimental ravishda sinab ko'ra olmay, ushbu konvert yordamida "kashfiyotni o'zi uchun ta'minlashga qaror qildi va shuning uchun eksperimental tasdiqlangan taqdirda ushbu sanani e'lon qilish huquqiga ega bo'ldi" uning kashf etilgan sanasi." Shunday qilib, 1832 yil 12 martda insoniyat birinchi marta mavjudlik g'oyasiga keldi. elektromagnit to'lqinlar. Shu kundan boshlab kashfiyotlar tarixi boshlanadi radio.

Ammo Faradayning kashfiyoti bor edi ahamiyati nafaqat texnologiya tarixida. Bu ilmiy dunyoqarashning rivojlanishiga katta ta'sir ko'rsatdi. Ushbu kashfiyotdan fizika kiradi yangi ob'ekt - jismoniy maydon. Shunday qilib, Faradayning kashfiyoti ana shu fundamentallarga tegishli ilmiy kashfiyotlar insoniyat madaniyatining butun tarixida sezilarli iz qoldiradi.

London temirchining o'g'li muqovachi 1791 yil 22 sentyabrda Londonda tug'ilgan. boshlang'ich maktab va o'zi ilmga yo'l ochdi. Muqovani o'rganayotganda, ayniqsa kimyo bo'yicha kitoblarni o'qidi kimyoviy tajribalar. tinglash ommaviy ma'ruzalar mashhur kimyogar Davy, u nihoyat uning kasbi ilm-fan ekanligiga amin bo'ldi va Qirollik institutiga ishga olish iltimosi bilan unga murojaat qildi. Faraday institutga laborant sifatida qabul qilingan 1813-yildan to vafotigacha (1867-yil 25-avgust) fan bilan shugʻullandi. 1821 yilda Faraday elektromagnit aylanishni qabul qilganda, u "magnetizmni elektrga aylantirishni" o'z oldiga maqsad qilib qo'ygan. O'n yillik izlanish va mashaqqatli mehnat 1871 yil 29 avgustda elektromagnit induksiyaning kashf etilishi bilan yakunlandi.

"Bir bo'lakda ikki yuz uch fut mis sim katta yog'och barabanga o'ralgan; yana ikki yuz uch fut bir xil sim birinchi o'rashning burilishlari orasidagi spiralda izolyatsiya qilingan, metall aloqa vositalari yordamida olib tashlangan. Bu spirallardan biri galvanometrga, ikkinchisi esa to‘rt dyuymli kvadrat dyuymli yuz juft plastinadan iborat yaxshi zaryadlangan akkumulyator bilan, qo‘sh mis plastinalar bilan ulangan.Aloqa o‘rnatilganda u bor edi. galvanometrga vaqtinchalik, lekin juda engil ta'sir ko'rsatdi va shunga o'xshash zaif ta'sir batareya bilan aloqa ochilganda sodir bo'ldi. Faraday o'zining oqimlarni qo'zg'atish bo'yicha birinchi tajribasini shunday tasvirlab berdi. U bunday induksiyani volta-elektr induksiyasi deb atadi. U zamonaviyning prototipi bo'lgan temir uzuk bilan o'zining asosiy tajribasini tasvirlab beradi transformator.

"Yumshoq temir dumaloq novdadan uzuk payvandlangan; metallning qalinligi bir dyuymning etti-sakkizdan bir qismi, halqaning tashqi diametri esa olti dyuym edi. Bu halqaning bir qismiga uchta spiral o'ralgan bo'lib, ularning har biri o'z ichiga olgan. taxminan yigirma to'rt fut mis sim, bir dyuym yigirma bir dyuym qalinligi.. Bobinler temir va bir-biridan izolyatsiya qilingan ... halqa uzunligi bo'ylab taxminan to'qqiz dyuym egallaydi Ular birma-bir va birgalikda foydalanish mumkin, bu guruh A tayinlangan. halqaning boshqa qismida bir xil tarzda ikki bo'laklarga mis sim taxminan oltmish fut o'ralgan edi, qaysi spiral B tashkil, spiral A bilan bir xil yo'nalishga ega, lekin har bir uchida ulardan ajratilgan. yalang'och temir bilan taxminan yarim dyuym uchun.

Spiral B ulangan mis simlar temirdan uch metr masofada joylashgan galvanometr bilan. Alohida bobinlar umumiy spiralni hosil qilish uchun uchi uchi bilan bog'langan, ularning uchlari to'rt kvadrat dyuymli o'n juft plitalardan iborat batareyaga ulangan. Galvanometr zudlik bilan reaksiyaga kirishdi va yuqorida ta'riflanganidek, o'n barobar kuchliroq spiral yordamida, ammo temirsiz kuzatilganidan ancha kuchliroq; ammo, aloqani saqlab qolishga qaramay, harakat to'xtatildi. Batareya bilan aloqa ochilganda, strelka yana kuchli og'di, lekin birinchi holatda paydo bo'lganiga teskari yo'nalishda.

Faraday temirning ta'sirini to'g'ridan-to'g'ri tajriba orqali o'rganib chiqdi, ichi bo'sh g'altakning ichiga temir tayoqni kiritdi, bu holda "induktsiyalangan oqim galvanometrga juda kuchli ta'sir ko'rsatdi". “Shunga o'xshash harakat oddiy odamlar yordamida amalga oshirildi magnitlar". Faraday bu harakatni chaqirdi magnetoelektrik induksiya, volta va magnitoelektrik induksiyaning tabiati bir xil deb faraz qilish.

Ta'riflangan barcha tajribalar Faraday klassik asarining birinchi va ikkinchi bo'limlarining mazmunini tashkil qiladi " Eksperimental tadqiqotlar elektr toki", 1831-yil 24-noyabrda boshlangan. Ushbu turkumning "Materaning yangi elektr holati to'g'risida" uchinchi bo'limida Faraday birinchi marta elektromagnit induksiyada namoyon bo'lgan jismlarning yangi xususiyatlarini tasvirlashga harakat qiladi. U bu xususiyatni chaqiradi. u "elektronik holat"ni kashf etdi.Bu g'oya maydonining birinchi urug'i bo'lib, keyinchalik Faraday tomonidan shakllantirilgan va birinchi marta Maksvell tomonidan aniq shakllantirilgan.Birinchi seriyaning to'rtinchi bo'limi Arago hodisasini tushuntirishga bag'ishlangan.Faraday to'g'ri tasniflagan. bu hodisani induksiya hodisasi sifatida va bu hodisa yordamida "yangi elektr manbasini olishga" harakat qiladi.Mis disk magnit qutblari orasida harakat qilganda, u sirpanish kontaktlari yordamida galvanometrda tokni oldi.Bu birinchisi edi. Dinamo mashinasi. Faraday o'z tajribalari natijalarini quyidagi so'zlar bilan yakunlaydi: "Shunday qilib, oddiy magnit yordamida doimiy elektr tokini yaratish mumkinligi ko'rsatildi". Faraday harakatlanuvchi oʻtkazgichlarda induksiya boʻyicha oʻtkazgan tajribalaridan magnit qutbi, harakatlanuvchi oʻtkazgich va induksiya tok yoʻnalishi oʻrtasidagi bogʻliqlikni, yaʼni “magnitoelektrik induksiya orqali elektr toki ishlab chiqarish qonunini” chiqardi. Faraday o'z tadqiqotlari natijasida "oqimlarni induktsiya qilish qobiliyati magnit natija yoki kuch o'qi atrofida aylanada namoyon bo'ladi, xuddi aylana atrofida joylashgan magnitlanish elektr toki atrofida paydo bo'ladi va u tomonidan aniqlanadi" *.

* (M. Faraday, Elektr energiyasi bo'yicha eksperimental tadqiqotlar, I jild, Ed. AN SSSR, 1947 yil, 57-bet.)

Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, o'zgaruvchan magnit oqim atrofida vorteksli elektr maydoni paydo bo'ladi, xuddi elektr toki atrofida vorteksli magnit maydon paydo bo'ladi. Ushbu asosiy fakt Maksvell tomonidan elektromagnit maydonning ikkita tenglamasi shaklida umumlashtirildi.

Elektromagnit induktsiya hodisalarini, xususan, Yer magnit maydonining induktiv ta'sirini o'rganish 1832 yil 12 yanvarda boshlangan "Tekshirishlar" ning ikkinchi seriyasiga ham bag'ishlangan. 1833 yil 10 yanvarda boshlangan uchinchi seriya. Faraday o'zligini isbotlashga bag'ishlaydi har xil turlari elektr: elektrostatik, galvanik, hayvon, magnetoelektrik (ya'ni elektromagnit induksiya orqali olinadi). Faraday elektr energiyasini olgan degan xulosaga keldi turli yo'llar bilan, sifat jihatidan bir xil, harakatlardagi farq faqat miqdoriy. Bu qatron va shisha elektr, galvanizm, hayvonlarning elektr energiyasining turli "suyuqliklari" kontseptsiyasiga yakuniy zarba bo'ldi. Elektr yagona, ammo qutbli mavjudot bo'lib chiqdi.

1833 yil 18 iyunda boshlangan Faraday tadqiqotlarining beshinchi seriyasi juda muhim.Bu erda Faraday elektroliz bo'yicha o'z tadqiqotlarini boshlaydi, bu esa uni o'z nomi bilan atalgan mashhur qonunlarni yaratishga olib keldi. Ushbu tadqiqotlar 1834 yil 9 yanvarda boshlangan ettinchi seriyada davom ettirildi. Ushbu oxirgi seriyada Faraday yangi terminologiyani taklif qiladi: u elektrolitni tok bilan ta'minlaydigan qutblarni chaqirishni taklif qiladi. elektrodlar, musbat elektrodni chaqiring anod, va salbiy katod, yotqizilgan moddaning zarralari u chaqirgan anodga boradi anionlar, va katodga boradigan zarralar - kationlar. Bundan tashqari, u shartlarga ega elektrolit parchalanadigan moddalar uchun, ionlari va elektrokimyoviy ekvivalentlar. Bu atamalarning barchasi fanda mustahkam o'rin olgan. Faraday o'zi topgan qonunlardan to'g'ri xulosa chiqaradi, ba'zilari haqida gapirish mumkin mutlaq miqdor oddiy moddaning atomlari bilan bog'liq elektr. "Atom nima ekanligini bilmasak ham, - deb yozadi Faraday, - biz bu haqda o'ylaganimizda, biz beixtiyor miyamizda paydo bo'ladigan biron bir kichik zarrachani tasavvur qilamiz; ammo, biz elektr energiyasiga nisbatan bir xil yoki undan ham ko'proq nodonlikda bo'lamiz. Bu maxsus materiyami yoki materiyami yoki oddiy materiyaning harakatimi yoki boshqa turdagi kuch yoki vositami, ayta olmayman; shunga qaramay, materiya atomlari qandaydir tarzda bizni o'ylashga majbur qiladigan juda ko'p faktlar mavjud. elektr kuchlari bilan ta'minlangan yoki ular bilan bog'langan va ular o'zlarining eng ajoyib fazilatlari, jumladan, bir-biriga kimyoviy yaqinliklari uchun qarzdordirlar.

* (M. Faraday, Elektr energiyasi bo'yicha eksperimental tadqiqotlar, I jild, Ed. AN SSSR, 1947 yil, 335-bet.)

Shunday qilib, Faraday materiyani "elektrlashtirish" g'oyasini aniq ifoda etdi, atom tuzilishi elektr va elektr atomi yoki Faraday aytganidek, "elektr energiyasining mutlaq miqdori" bo'lib chiqadi. "o'z harakatlarida aniqlanganidek, har qanday kabi bu miqdorlar materiyaning zarralari bilan bog'liq bo'lib, ularga o'zlarining zarralari haqida xabar beradi kimyoviy yaqinlik. Boshlang'ich elektr zaryadi, ko'rsatilganidek yanada rivojlantirish fizika, haqiqatan ham Faraday qonunlaridan aniqlanishi mumkin.

Faradayning "Tekshirishlar" ning to'qqizinchi seriyasi katta ahamiyatga ega edi. 1834 yil 18 dekabrda boshlangan ushbu seriya o'z-o'zidan induksiya hodisalari, yopilish va ochilishning qo'shimcha oqimlari bilan bog'liq. Faraday bu hodisalarni tavsiflashda ular o'ziga xos xususiyatlarga ega ekanligini ta'kidlaydi inertsiya, ammo o'z-o'zini induksiya hodisasi mexanik inersiyadan ular bog'liqligi bilan ajralib turadi. shakllari dirijyor. Faraday ta'kidlashicha, "qo'shimcha oqim ... induktsiyalangan oqim bilan bir xil" * . Natijada, Faraday induksiya jarayonining juda keng ma'nosi haqida tasavvurga ega edi. 1837 yil 30-noyabrda boshlangan o'n birinchi tadqiqot seriyasida u shunday deydi: "Induksiya hamma narsada eng umumiy rol o'ynaydi. elektr hodisalari, ishtirok etish, aftidan, ularning har birida va haqiqatda birinchi va muhim boshlanishining xususiyatlariga ega "**. Xususan, Faradayga ko'ra, har qanday zaryadlash jarayoni induksiya jarayonidir, tarafkashlik qarama-qarshi zaryadlar: "moddalarni mutlaq zaryadlash mumkin emas, faqat nisbiy ravishda induksiya bilan bir xil qonunga ko'ra. Har bir zaryad induksiya bilan quvvatlanadi. Barcha hodisalar. Kuchlanishi induksiyalarning boshlanishini o'z ichiga oladi" ***. Faradayning bu bayonotlarining ma'nosi shundan iboratki, har qanday elektr maydoni ("kuchlanish hodisasi" - Faraday terminologiyasida) shartli ravishda muhitda induksiya jarayoni ("joy almashtirish" - Maksvellning so'zlarida) bilan birga keladi. terminologiya).Bu jarayon muhitning xossalari bilan belgilanadi , uning "induktivligi", Faraday terminologiyasida yoki "dielektrik o'tkazuvchanlik", zamonaviy terminologiyada. Faradayning sferik kondansatör bilan tajribasi bir qator moddalarning o'tkazuvchanligini aniqladi. Bu tajribalar Faradayning elektromagnit jarayonlarda muhitning muhim roli haqidagi g'oyasini mustahkamladi.

* (M. Faraday, Elektr energiyasi bo'yicha eksperimental tadqiqotlar, I jild, Ed. AN SSSR, 1947 yil, 445-bet.)

** (M. Faraday, Elektr energiyasi bo'yicha eksperimental tadqiqotlar, I jild, Ed. AN SSSR, 1947 yil, 478-bet.)

*** (M. Faraday, Elektr energiyasi bo'yicha eksperimental tadqiqotlar, I jild, Ed. AN SSSR, 1947 yil, 487-bet.)

Elektromagnit induksiya qonuni Sankt-Peterburg akademiyasining rus fizigi tomonidan sezilarli darajada ishlab chiqilgan. Emil Xristianovich Lenz(1804-1865). 1833-yil 29-noyabrda Lenz Fanlar akademiyasiga “Elektrodinamik induksiya bilan qoʻzgʻatilgan galvanik oqimlarning yoʻnalishini aniqlash toʻgʻrisida”gi tadqiqoti haqida hisobot berdi. Lenz Faradayning magnitoelektrik induksiyasi Amperning elektromagnit kuchlari bilan chambarchas bog'liqligini ko'rsatdi. "Magnitoelektrik hodisani elektromagnit hodisaga qisqartirish taklifi quyidagicha: agar metall o'tkazgich galvanik tok yoki magnit yaqinida harakat qilsa, unda galvanik tok shunday yo'nalishda qo'zg'atiladi, agar bu o'tkazgich harakatsiz bo'lsa, u holda oqim uning teskari yo'nalishda harakatlanishiga olib kelishi mumkin; tinch holatda o'tkazgich faqat harakat yo'nalishi bo'yicha yoki teskari yo'nalishda harakat qilishi mumkin deb taxmin qilinadi" * .

* (E. X. Lenz, Tanlangan asarlar, Ed. AN SSSR, 1950, 148-149-betlar.)

Lentsning bu tamoyili induksiya jarayonlarining energiyasini ochib beradi va Helmgoltsning energiya saqlanish qonunini o'rnatish bo'yicha ishida muhim rol o'ynadi. Lenzning o'zi o'z hukmronligidan elektrotexnikadagi mashhur teskarilik printsipini oldi elektromagnit mashinalar: agar siz lasanni magnitning qutblari orasiga aylantirsangiz, u oqim hosil qiladi; aksincha, agar unga oqim yuborilsa, u aylanadi. Elektr dvigatelini generatorga aylantirish mumkin va aksincha. Magnitelektrik mashinalarning harakatini o'rganib, Lenz 1847 yilda armatura reaktsiyasini ochdi.

1842-1843 yillarda. Lenz "Galvanik oqim bilan issiqlik hosil qilish qonunlari to'g'risida" (1842 yil 2 dekabrda e'lon qilingan, 1843 yilda nashr etilgan) klassik tadqiqotini yaratdi, u Joulning shunga o'xshash tajribalaridan ancha oldin (Joule xabari 1841 yil oktyabrda paydo bo'lgan) boshlagan va shunga qaramay u tomonidan davom ettirgan. nashr Joule, "ikkinchi tajribalar ba'zi asosli e'tirozlar bilan uchrashishi mumkin, chunki, allaqachon bizning hamkasbimiz, janob akademik Hess tomonidan ko'rsatilgandek" * . Lenz Xelsingfors professori Iogan Nervander (1805-1848) tomonidan ixtiro qilingan tangens kompas yordamida oqimning kattaligini o'lchaydi va o'z xabarining birinchi qismida ushbu qurilmani o'rganadi. 1843 yil 11 avgustda e'lon qilingan "Simlardagi issiqlikning chiqishi" ning ikkinchi qismida u o'zining mashhur qonuniga keladi:

"
1. Galvanik oqim bilan simning isishi simning qarshiligiga proportsionaldir.
2. Galvanik oqim bilan simni isitish isitish uchun ishlatiladigan oqimning kvadratiga proportsionaldir "**.

* (E. X. Lenz, Tanlangan asarlar, Ed. AN SSSR, 1950 yil, 361-bet.)

** (E. X. Lenz, Tanlangan asarlar, Ed. AN SSSR, 1950 yil, 441-bet.)

Energiyaning saqlanish qonunini o'rnatishda Joul-Lenz qonuni muhim rol o'ynadi. Elektr va magnit hodisalar fanining butun rivojlanishi tabiat kuchlarining birligi g'oyasiga, bu "kuchlar" ning saqlanishi g'oyasiga olib keldi.

Faraday bilan deyarli bir vaqtda amerikalik fizik elektromagnit induksiyani kuzatdi. Jozef Genri(1797-1878). Genri katta elektromagnit (1828) yasadi, u past qarshilikli galvanik element bilan quvvatlanadi va 2000 funt yukni ko'taradi. Faraday bu elektromagnitni eslatib o'tadi va uning yordami bilan ochilganda kuchli uchqun olish mumkinligini ko'rsatadi.

Genri birinchi marta (1832) o'z-o'zini induksiya hodisasini kuzatdi va uning ustuvorligi o'z-o'zini induksiya birligining "Genri" nomi bilan belgilanadi.

1842 yilda Genrix asos solgan tebranish xarakteri Leyden jarining oqishi. U ushbu hodisani o'rgangan ingichka shisha igna turli xil qutblar bilan magnitlangan, shu bilan birga oqim yo'nalishi o'zgarmagan. “Oqish, tabiati qanday boʻlishidan qatʼi nazar,” deb xulosa qiladi Genri, “(Franklin nazariyasidan foydalangan holda. - P. K.) vaznsiz suyuqlikni bir plastinkadan ikkinchisiga bir marta oʻtkazish sifatida koʻrsatilmaydi; kashf etilgan hodisa bizni asosiy razryadning mavjudligini tan olishga majbur qiladi. bir yo'nalishda, keyin esa bir nechta g'alati orqaga va oldinga harakatlar, ularning har biri avvalgisidan zaifroq bo'lib, muvozanatga erishilgunga qadar davom etadi.

Induksiya hodisalari asosiy mavzuga aylanadi jismoniy tadqiqotlar. 1845 yilda nemis fizigi Frants Neumann(1798-1895) matematik ifoda berdi induksiya qonuni, Faraday va Lenz tadqiqotlarini sarhisob qilish.

Induksiyaning elektromotor kuchi Neyman tomonidan tokni induktsiya qiluvchi ba'zi funksiyalarning vaqt hosilasi va o'zaro ta'sir qiluvchi oqimlarning o'zaro konfiguratsiyasi sifatida ifodalangan. Neyman bu funktsiyani chaqirdi elektrodinamik potentsial. Shuningdek, u o'zaro induksiya koeffitsientining ifodasini topdi. 1847 yilda Helmgolts o'zining "Kuchning saqlanishi to'g'risida" inshosida elektromagnit induksiya qonunining Neyman ifodasini energiya nuqtai nazaridan oladi. Xuddi shu inshoda Helmholtz ta'kidlashicha, kondansatkichning zaryadsizlanishi "bir yo'nalishda elektr tokining oddiy harakati emas, balki ... uning bir yo'nalishda yoki boshqa yo'nalishda ikki plastinka orasidagi tebranishlar ko'rinishidagi oqimidir. Nihoyat, barcha tirik kuch qarshiliklar yig'indisi bilan yo'q qilinmaguncha, kichikroq va kichikroq va kamroq.

1853 yilda Uilyam Tomson(1824-1907) bergan matematik nazariya kondansatörning tebranish zaryadsizlanishi va tebranish davrining parametrlarga bog'liqligini aniqladi. tebranish davri(Tomson formulasi).

1858 yilda P. Blaserna(1836-1918) elektr tebranishlarining eksperimental rezonans egri chizig'ini oldi, o'z ichiga kondansatör banki va yon zanjirga yopuvchi o'tkazgichlarni o'z ichiga olgan, induksiyalangan o'tkazgichning o'zgaruvchan uzunligiga ega bo'lgan razryadni induktsiyalash sxemasining harakatini o'rgandi. Xuddi shu 1858 yilda Vilgelm Feddersen(1832-1918) aylanuvchi oynada Leyden jarining uchqun chiqishini kuzatdi va 1862 yilda aylanuvchi oynada uchqun ajralishi tasvirini suratga oldi. Shunday qilib, tushirishning tebranish xususiyati to'liq aniqlik bilan o'rnatildi. Shu bilan birga, Tomson formulasi eksperimental tarzda tekshirildi. Shunday qilib, bosqichma-bosqich, doktrinasi elektr tebranishlari, o'zgaruvchan toklar elektrotexnika va radiotexnikaning ilmiy asosini tashkil etuvchi.

Elektromagnit induksiyaning kashf etilishi tarixi. Xans Kristian Oersted va Andre Mari Amperning kashfiyotlari elektr magnit kuchga ega ekanligini ko'rsatdi. Magnit hodisalarning elektr hodisalariga ta'sirini Maykl Faraday kashf etgan. Xans Kristian Oersted Andre Mari Amper

Maykl Faraday () 1822 yilda o'z kundaligida "Magnitizmni elektrga aylantiring" deb yozgan. Ingliz fizigi, elektromagnit maydon nazariyasi asoschisi, Sankt-Peterburg Fanlar akademiyasining xorijiy faxriy a'zosi (1830).

Maykl Faraday tajribalarining tavsifi yog'och blok ikkita yara mis simlar. Simlardan biri galvanometrga, ikkinchisi kuchli batareyaga ulangan. Zanjir yopilganda galvanometrda to'satdan, lekin nihoyatda kuchsiz harakat kuzatildi va tok to'xtatilganda ham xuddi shunday harakat sezildi. Spirallardan biri orqali oqimning uzluksiz o'tishi bilan galvanometr ignasining og'ishlarini aniqlash mumkin emas edi.

Maykl Faraday tajribalarining tavsifi Yana bir tajriba g'altakning uchlarida tok kuchlanishini qayd etishdan iborat bo'lib, uning ichiga doimiy magnit o'rnatilgan. Faraday bunday portlashlarni "elektr to'lqinlari" deb atagan.

Induksiya EMFsi Oqim portlashiga ("elektr to'lqinlari") sabab bo'ladigan induksiya EMF magnit oqimining kattaligiga bog'liq emas, balki uning o'zgarish tezligiga bog'liq.

1. Tashqi maydon B induksiya chiziqlari yo'nalishini aniqlang (ular N dan chiqib, S ga kiradi). 2. Kontur bo‘ylab o‘tadigan magnit oqimining ortishi yoki kamayishini aniqlang (agar magnit halqaga surilsa, u holda F> 0, tashqariga chiqarilsa, u holda F 0, tashqariga chiqarilsa, u holda F 0, agar u tashqariga chiqariladi, keyin F 0, agar tashqariga chiqarilsa, F 0, uzaytirilsa, F .
3. Induktiv tok hosil qilgan B magnit maydonining induksion chiziqlari yo‘nalishini aniqlang (agar F>0 bo‘lsa, B va B chiziqlar qarama-qarshi yo‘nalishga yo‘naltiriladi; F 0 bo‘lsa, B va B chiziqlari induktiv tokda yo‘naltiriladi. qarama-qarshi yo'nalishlar; agar F 0 bo'lsa, u holda B va B chiziqlar qarama-qarshi yo'nalishda; agar F 0 bo'lsa, B va B chiziqlar qarama-qarshi yo'nalishda; agar F 0 bo'lsa, B va B chiziqlar qarama-qarshi yo'nalishda; F

Savollar Elektromagnit induksiya qonunini tuzing. Ushbu qonunning asoschisi kim? Induktsiya tok nima va uning yo'nalishini qanday aniqlash mumkin? Induksiya EMF ning kattaligini nima aniqlaydi? Qaysi elektr qurilmalarning ishlash prinsipi elektromagnit induksiya qonuniga asoslanadi?

Elektromagnit induksiya- bu yopiq o'tkazgichda joylashgan magnit maydonning o'zgarishi natijasida elektr tokining paydo bo'lishidan iborat bo'lgan hodisa. Bu hodisani 1831-yilda ingliz fizigi M.Faradey kashf etgan.Uning mohiyatini bir qancha oddiy tajribalar bilan tushuntirish mumkin.

Faraday tajribalarida tasvirlangan qabul qilish printsipi o'zgaruvchan tok induksion generatorlar ishlab chiqarishda foydalaniladi elektr energiyasi issiqlik yoki gidroelektrostansiyalarda. Induksion oqim magnit maydon bilan o'zaro ta'sir qilganda paydo bo'ladigan generator rotorining aylanishiga qarshilik, rotorni aylantiruvchi bug 'yoki gidravlik turbinaning ishlashi tufayli bartaraf etiladi. Bunday generatorlar mexanik energiyani elektr energiyasiga aylantirish .

Eddy oqimlari yoki Fuko oqimlari

Agar o'zgaruvchan magnit maydonga massiv o'tkazgich qo'yilgan bo'lsa, u holda bu o'tkazgichda elektromagnit induksiya hodisasi tufayli indüksiyon oqimlari paydo bo'ladi, ular deyiladi. Fuko oqimlari.

Eddy oqimlari massiv o'tkazgich kosmosda doimiy, lekin bir hil bo'lmagan magnit maydonda harakat qilganda ham paydo bo'ladi. Foucault oqimlari shunday yo'nalishga egaki, magnit maydonda ularga ta'sir qiluvchi kuch o'tkazgichning harakatini sekinlashtiradi. Elektromagnitning qutblari orasida tebranuvchi magnit bo'lmagan materialdan yasalgan qattiq metall plastinka ko'rinishidagi mayatnik magnit maydon yoqilganda keskin to'xtaydi.

Ko'p hollarda, Foucault oqimlaridan kelib chiqqan isitish zararli bo'lib chiqadi va u bilan kurashish kerak. Transformatorlarning yadrolari, elektr motorlarining rotorlari katta induksion oqimlarning rivojlanishiga to'sqinlik qiluvchi izolyator qatlamlari bilan ajratilgan alohida temir plitalardan yasalgan va plitalarning o'zi yuqori qarshilikka ega qotishmalardan qilingan.

Elektromagnit maydon

Statsionar zaryadlar tomonidan yaratilgan elektr maydoni statik bo'lib, zaryadlarga ta'sir qiladi. D.C harakatlanuvchi zaryadlar va oqimlarga ta'sir qiluvchi doimiy magnit maydonning paydo bo'lishiga olib keladi. Elektr va magnit maydon bu holda bir-biridan mustaqil ravishda mavjud.

Fenomen elektromagnit induksiya erkin zaryadlar mavjud bo'lgan moddalarda, ya'ni o'tkazgichlarda kuzatiladigan bu maydonlarning o'zaro ta'sirini ko'rsatadi. O'zgaruvchan magnit maydon o'zgaruvchan elektr maydonini hosil qiladi, bu erkin zaryadlarga ta'sir qilib, elektr tokini hosil qiladi. Bu oqim o'zgaruvchan bo'lib, o'z navbatida o'zgaruvchan magnit maydonni hosil qiladi, bu esa xuddi shu o'tkazgichda elektr maydonini yaratadi va hokazo.

Bir-birini hosil qiluvchi o'zgaruvchan elektr va o'zgaruvchan magnit maydonlarning kombinatsiyasi deyiladi elektromagnit maydon . U erkin zaryadlar bo'lmagan muhitda ham mavjud bo'lishi mumkin va kosmosda shaklda tarqaladi elektromagnit to'lqin.

klassik elektrodinamika- bittasi eng yuqori yutuqlar inson aqli. U keyingi rivojlanishga katta ta'sir ko'rsatdi insoniyat sivilizatsiyasi, elektromagnit to'lqinlarning mavjudligini bashorat qilish. Bu keyinchalik radio, televidenie, telekommunikatsiya tizimlari, sun'iy yo'ldosh navigatsiyasi, shuningdek, kompyuterlar, sanoat va maishiy robotlar va zamonaviy hayotning boshqa atributlarini yaratishga olib keldi.

burchak toshi Maksvell nazariyalari faqat o'zgaruvchan elektr maydoni magnit maydonning manbai bo'lib xizmat qilishi mumkin, degan ta'kid edi. elektr maydoni, Supero'tkazuvchilarda induktiv oqim hosil qilish, o'zgaruvchan magnit maydondir. Bu holda o'tkazgichning mavjudligi shart emas - bo'sh joyda elektr maydoni ham paydo bo'ladi. O'zgaruvchan elektr maydonining chiziqlari, xuddi magnit maydonning chiziqlari kabi, yopiq. Elektromagnit to'lqinning elektr va magnit maydonlari tengdir.

Diagramma va jadvallardagi elektromagnit induksiya