2. Досліди Фарадея. Явище електромагнітної індукції. Індукційний електричний струм

\(29\) серпня \(1831\) р. після понад \(16\) тисяч дослідів англійський фізик і хімік Майкл Фарадей одержав електричний струм за допомогою магнітного поля постійного магніту.

 

Проведемо дослід
Візьмемо котушку, замкнемо її на гальванометр і будемо вводити та виводити із котушки постійний магніт. 

 

		Якщо магніт уводити в котушку, стрілка гальванометра відхиляється праворуч.
		Якщо магніт нерухомий, струм не виникає і стрілка не відхиляється.
		Якщо виводити магніт із котушки, стрілка гальванометра відхиляється ліворуч.

А чи можна викликати струм інакше: рухати не магніт, а з’єднану з гальванометром котушку?

 

Якщо залишити магніт нерухомим, а рухати котушку (то наближаючи, то віддаляючи її від магніту), то також спостерігатимемо відхилення стрілки гальванометра (рис. а, б)

 

Коли магніт рухається відносно замкненої котушки, в котушці виникає електричний струм.

 

Візьмемо дві котушки — А і В — і надінемо їх на спільне осердя. Котушку В через реостат приєднаємо до джерела струму, а котушку А замкнемо на гальванометр. Якщо пересувати повзунок реостата, то через котушку А буде йти електричний струм.

 

 

Струм в котушці А виникатиме як під час збільшення, так і під час зменшення сили струму в котушці В.

  

А от напрямок струму буде різним: у разі збільшення сили струму стрілка гальванометра відхилятиметься в один бік, а в разі зменшення — в інший.

 

Струм у котушці — виникатиме також у момент замикання або в момент розмикання кола котушки В.

Індукційний струм — це струм, отриманий у замкненому провіднику внаслідок зміни зовнішнього магнітного поля.

А що ж є причиною виникнення індукційного струму?

 
Змінне магнітне поле завжди супроводжується появою в навколишньому просторі електричного поля. Саме електричне поле, а не магнітне, діє на вільні заряджені частинки в котушці й надає їм напрямленого руху, створюючи таким чином індукційний струм.

Електромагнітна індукція — це явище створення в просторі електричного поля змінним магнітним полем.

Для визначення напрямку індукційного струму скористаємося замкненою котушкою. Якщо змінювати магнітне поле, що пронизує котушку (наприклад, наближати або віддаляти магніт), то в котушці виникає індукційний струм. Унаслідок цього котушка сама стає магнітом.

 

Досліди свідчать:
\(1)\) якщо магніт наближати до котушки, то вона буде відштовхуватися від магніту.
\(2)\) якщо магніт віддаляти від котушки, то котушка притягуватиметься до магніту.

 

Якщо магнітне поле всередині котушки посилюється, то в котушці виникає індукційний струм такого напрямку, що котушка буде обернена до магніту однойменним полюсом (рис. а).

 

Якщо магнітне поле всередині котушки послаблюється, то в котушці виникає індукційний струм такого напрямку, що котушка буде обернена до магніту різнойменним полюсом (рис. б).

  

Знаючи полюси котушки та скориставшись правою рукою, можна визначити напрямок індукційного струму.

 

Яке практичне застосування має явище електромагнітної індукції?

 

Візьмемо рамку, що складається з кількох витків дроту, й будемо обертати її в магнітному полі постійного магніту. У рамці виникне електричний струм, наявність якого доводить світіння лампи.
Під час обертання рамки кількість магнітних ліній, що її пронизують, то збільшується, то зменшується. Отже, магнітне поле, що пронизує рамку, постійно змінюється, що й спричиняє появу в рамці індукційного струму.

 

Електромеханічний генератор — пристрій, у якому механічна енергія перетворюється на електричну.

Схема будови електромеханічного генератора:

\(1\) — статор; 

\(2\) — обмотка статора;
\(3\) — ротор;

\(4\) — обмотка ротора.

 

 

Струм тече по обмотці ротора, створюючи навколо нього магнітне поле, яке пронизує обмотку статора. Під дією пари (на теплових і атомних електростанціях) або води, що падає з висоти (на гідроелектростанціях), ротор генератора починає швидко обертатися. Унаслідок цього магнітне поле, що пронизує обмотку статора, змінюється і в обмотці статора виникає електричний струм. Після низки перетворень цей струм подається до споживача електричної енергії.

Джерела:

1. Фізика : підруч. для 9 кл. загальноосвіт. навч. закл. / [В. Г. Бар’яхтар С. О. Довгий, Ф. Я. Божинова, О. О. Кірюхіна] ; за ред. В. Г. Бар’яхтара С. О. Довгого. — Харків : Вид-во «Ранок», 2017. — 272 с. : іл., фот.
2. Фізика : підруч. для 9-го кл. загальноосвіт. навч. закл. / В.Д. Сиротюк. — Київ : Генеза, 2017. — 248 с. : іл.
3. Фізика : підруч. для 9 кл. загальноосвіт. навч. закладів / Т. М. Засєкіна, Д. О. Засєкін. — К. : УОВЦ «Оріон», 2017. — 272 с. : іл.

4. https://www.fizikanova.com.ua

Досліди Фарадея. Явище електромагнітної індукції. Індукційний електричний струм » mozok.click

 

Досліди Фарадея. Після дослідів Ганса Ерстеда, які довели, що навколо провідника зі струмом виникає магнітне поле, природно було б поставити запитання: а чи можливе виникнення електричного струму в провідниках у результаті дії магнітного поля? Ученим не відразу вдалось отримали позитивний результат. Англійський фізик і хімік Майкл Фарадей провів понад 16 тисяч дослідів

перед тим, як одержав електричний струм у провіднику за допомогою магнітного поля постійного магніту.

На малюнку 79 зображено сучасний варіант одного з дослідів, який підтверджує, що електричний струм у провіднику можна отримати за допомогою магнітного поля.

Помістимо в котушку, що з’єднана з гальванометром, постійний магніт. Помітимо, що під час руху магніту стрілка гальванометра відхиляється праворуч. Але як тільки рух магніту припиняється, стрілка приладу повертається на нульову позначку.

Виймаючи магніт з котушки, помітимо, що стрілка гальванометра знову відхиляється, тільки в іншому напрямку — ліворуч. Після припинення руху магніту стрілка так само повертається на нульову позначку. Таким чином, електричний струм у котушці виникає тільки за умови переміщення магніту відносно котушки.

Слід зазначити, що не тільки рух магніту відносно нерухомої котушки викликає в останній електричний струм. Явище виникнення електричного струму в замкнутій котушці можна спостерігати також за умови переміщення самої котушки відносно нерухомого магніту. Замість постійного магніту в цих дослідах можна використовувати електромагніт.

Електричний струм можна отримати й в одній із двох нерухомих котушок, що надіті на спільне осердя (мал. 80). Для цього потрібно вмикати або вимикати струм в обмотці верхньої котушки (електромагніту). Це спричинить виникнення та зникнення магнітного поля, що, у свою чергу, приведе до виникнення струму в нижній котушці, про що буде свідчити відхилення стрілки гальванометра, який підключений до неї.

Струм у нижній котушці можна отримати й у випадку зміни сили струму у верхній. Для цього потрібно пересувати повзунок реостата. При збільшенні сили струму у верхній котушці стрілка гальванометра відхилятиметься в один бік, а при зменшенні — в інший.

У цьому випадку електричний струм в одній з котушок виникає внаслідок зміни сили струму в іншій (яка по суті є електромагнітом).

Зробимо висновки: електричний струм виникає в замкнутому провіднику (котушці) тільки тоді, коли магнітне поле, що пронизує її, змінюється.

Індукційний електричний струм. Електричний струм, отриманий у замкнутому провіднику внаслідок зміни зовнішнього магнітного поля, називають індукційним (від лат. inductio — збудження, наведення).

Ми з’ясували, за яких умов у замкнутій котушці виникає індукційний струм. Залишилося зрозуміти, що є причиною його виникнення. Річ у тім, що зміни магнітного поля завжди супроводжуються появою індукційного електричного поля. Тому не магнітне, а саме електричне поле діє на вільні заряджені частинки в котушці й примушує їх рухатись упорядковано, створюючи таким чином індукційний струм.

Які ж особливості цього індукційного електричного поля? Пригадаймо, силові лінії електричного поля починаються на позитивно зарядженому полюсі постійного джерела струму й закінчуються на негативно зарядженому. У випадку індукційного електричного поля його силові лінії є замкнутими й спрямовані вони вздовж усього замкнутого провідника. Робота з переміщення зарядів у замкнутому провіднику виконується не джерелом струму (бо його в цьому колі немає), а самим індукційним електричним полем. Необхідну для цього енергію індукційне електричне поле дістає від змінного магнітного поля, яке його породжує.

Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца. Поява індукційного струму є наслідком явища електромагнітної індукції.

Явище електромагнітної індукції — це виникнення індукційного електричного струму в замкнутому провіднику під дією змінного магнітного поля.

Як ви вже знаєте, магнітне поле існує навколо провідника зі струмом. Отже, породжений змінним магнітним полем індукційний струм, у свою чергу, породжує власне (індуковане) магнітне поле!

Для встановлення напрямку індукційного струму можна скористатися правилом, яке в 1834 р. сформулював російський фізик Емілій Ленц.

Правило Ленца: індукційний струм у контурі завжди має такий напрямок, що створюване ним магнітне поле перешкоджає зміні того магнітного поля, яке викликало цей індукційний струм.

Правило Ленца відображає закон збереження енергії стосовно явища електромагнітної індукції. Якщо припустити, що силові лінії індукованого магнітного поля, всупереч правилу Ленца, спрямовані так, щоб сприяти змінам зовнішнього магнітного поля, то в результаті збільшився б індукційний струм, що викликало би збільшення індукованого магнітного поля, і так — до нескінченності. Зрозуміло, що таке явище суперечить закону збереження енергії.

Розглянемо застосування правила Ленца на такому прикладі. Будемо наближати магніт до витка північним полюсом (мал. 81, а). При цьому кількість ліній індукції магнітного поля, що проходять через контур витка, зростає (мал. 81, б).

Отже, за правилом Ленца, у витку має виникнути індукційний струм такого напрямку, щоб власним магнітним полем протидіяти зростанню зовнішнього магнітного потоку. Для цього потрібно виштовхнути магніт з витка. Це означає, що внутрішнє магнітне поле індукційного струму буде напрямлене проти зовнішнього поля постійного магніту. Отже, робимо висновок, що з того боку витка, який повернуто до магніту, з’являється однойменний полюс N. Далі міркуємо так. Для того щоб назустріч постійному магніту утворився полюс N індукованого магнітного поля, потрібно, щоб поступальне переміщення свердлика відбувалося зліва-направо (мал. 82), тобто його ручку треба обертати проти стрілки годинника (при погляді на виток з боку магніту). Напрямок цього обертання і вказує напрямок індукційного струму.

Формуємо КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Хто з учених провів фундаментальні досліди з електромагнітної індукції?

2. У параграфі описано декілька дослідів з виявлення явища електромагнітної індукції. Що в них спільного? Якого висновку можна дійти з аналізу описаних дослідів?

3. Чому і який струм називають індукційним?

Я вмію досліджувати й експериментувати

1. Переконайтесь у тому, що замкнутість контуру є обов’язковою умовою для виникнення в ньому індукційного струму. Для цього скористайтеся пристроєм, зображеним на малюнку 83. Він являє собою вузьку алюмінієву пластинку з алюмінієвими кільцями на кінцях. Одне кільце суцільне, інше має розріз. Пластинка з кільцями поміщена на стійку й може вільно обертатися навколо вертикальної осі.

2*. Як цим пристроєм перевірити правило Ленца?

Я можу застосовувати знання й розв’язувати задачі

Вправа 7

1.

На малюнку 84 зображено дві котушки різного діаметру, джерело струму, вимикач і гальванометр. Котушка з меншим діаметром під’єднана через вимикач до джерела струму й поміщена в котушку з більшим діаметром, яка під’єднана до гальванометра. Опишіть процеси, що будуть відбуватись у разі замикання вимикача.

Мал. 84

2.

Поясніть, як поводитиме себе стрілка гальванометра в разі опускання постійного магніту в котушку та піднімання його з котушки (мал. 85). Про що це свідчить?

Мал. 85

3.

До котушки підносять магніт (мал. 86). Як поводитиме себе котушка? Чому? Чи залежить відповідь від того, яким полюсом магніт наближають до котушки? Що спостерігатиметься, якщо магніт віддаляти від котушки?

4.

Між полюсами електромагніту (мал. 87) починає рухатись металева пластинка, закріплена на ізольованому стержні (маятник). Порівняйте тривалість коливань такого маятника до повної зупинки в разі, коли електромагніт підключено до джерела струму, і тоді, коли він не підключений.

 

Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Засєкіна (поглиблений рівень)

 

Досліди Фарадея. Явище електромагнітної індукції. Індукційний електричний струм » mozok.click

Це явище було названо електромагнітною індукцією, а електричний струм, який при цьому виникає, — індукційним (наведеним) струмом (рис. 8.3).

Чи виникне в замкненій провідній рамці індукційний струм, якщо рамку поступально (не повертаючи) пересувати між полюсами електромагніта (рис. 8.4)?

З’ясовуємо причини виникнення індукційного струму

Ви з’ясували, коли в замкненому провідному контурі виникає індукційний струм. А що ж є причиною його виникнення? Розглянемо два випадки.

1. Провідний контур рухається в магнітному полі (рис. 8.3, а). Якщо провідник рухається в магнітному полі, то вільні заряджені частинки всередині провідника рухаються разом із ним у певному напрямку.

На рухомі заряджені частинки магнітне поле діє із певною силою. Саме під дією цієї сили заряджені частинки починають напрямлено рухатися вздовж провідника — в провіднику виникає індукційний електричний струм.

2. Нерухомий провідний контур розташований у змінному магнітному полі (рис. 8.3, б). У цьому випадку сили, що діють з боку магнітного поля, не можуть зробити хаотичний рух заряджених частинок всередині провідника напрямленим. Чому ж у контурі виникає індукційний струм? Річ у тім, що змінне магнітне поле завжди супроводжується появою в навколишньому просторі вихрового електричного поля (силові лінії такого поля є замкненими).

Саме електричне поле, а не магнітне, діє на вільні заряджені частинки в провіднику та надає їм напрямленого руху, створюючи таким чином індукційний струм.

визначаємо напрямок індукційного струму

Для визначення напрямку індукційного струму скористаємося замкненою котушкою. Якщо змінювати магнітне поле, що пронизує котушку (наприклад, наближати або віддаляти магніт), то в котушці виникає індукційний струм. Унаслідок цього котушка сама стає магнітом. Досліди свідчать:

1) якщо магніт наближати до котушки, то котушка буде відштовхуватися від магніту; 2) якщо магніт віддаляти від котушки, то котушка притягуватиметься до магніту.

Це означає:

1) якщо кількість ліній магнітної індукції, що пронизують котушку, збільшується (магнітне поле всередині котушки посилюється), то в ній виникає індукційний струм такого напрямку, що котушка буде обернена до магніту однойменним полюсом (рис. 8.5, а).

2) якщо кількість ліній магнітної індукції, що пронизують котушку, зменшується, то в котушці виникає індукційний струм такого напрямку, що котушка буде обернена до магніту різнойменним полюсом (рис. 8.5, б).

Знаючи полюси котушки та скориставшись правою рукою (див. § 3), можна визначити напрямок індукційного струму. Аналогічно можна визначити напрямок індукційного струму для випадку, коли дві котушки надіто на спільне осердя (див. пункт 5 «Учимося розв’язувати задачі» § 8).

Знайомимося з промисловими джерелами електричної енергії

Явище електромагнітної індукції використовують в електромеханічних генераторах, без яких неможливо уявити сучасну електроенергетику.

Електромеханічний генератор — пристрій, в якому механічна енергія перетворюється на електричну.

Щоб зрозуміти принцип дії електромеханічного генератора, звернемося до досліду. Візьмемо рамку, що складається з кількох витків дроту, й будемо обертати її в магнітному полі постійного магніту (рис. 8.6). Під час обертання рамки кількість магнітних ліній, що її пронизують, то збільшується, то зменшується. У рамці виникає електричний струм, наявність якого доводить світіння лампи.

Промислові генератори електричного струму мають практично ту саму будову, що й електродвигуни. Проте за принципом дії генератор — це електричний двигун «навпаки». Генератор, як і електродвигун, складається зі статора і ротора (рис. 8.7). Масивний нерухомий статор (1) являє собою порожнистий циліндр, на внутрішній поверхні якого розміщено

товстий мідний ізольований дріт — обмотку статора (2). Усередині статора обертається ротор (3). Він, як і ротор електродвигуна, зазвичай являє собою великий циліндр, у пази якого вкладено обмотку ротора (4). До обмотки ротора подається напруга від джерела постійного струму.

Контрольні запитання

1. Опишіть досліди М. Фарадея. 2. У чому полягає явище електромагнітної індукції? 3. Який струм називають індукційним? 4. Якими є причини виникнення індукційного струму? 5. Робота яких пристроїв ґрунтується на явищі електромагнітної індукції’? Які перетворення енергії в них відбуваються?

6. Опишіть будову та принцип дії генераторів електричного струму.

вправа № 8

1. Дві нерухомі котушки розташовані так, як показано на рис. 1. Міліамперметр, підключений до однієї з котушок, реєструє наявність струму. За якої умови це можливо?

2. На рис. 2 зображено пристрій, який називають «кільця Ленца». Пристрій складається з двох алюмінієвих кілець (суцільного і розрізаного),

закріплених на алюмінієвому коромислі, яке має можливість легко обертатися навколо вертикальної осі.

1) Як буде поводитися суцільне кільце пристрою, якщо:

а) підносити до нього магніт? б) відсувати від нього магніт? в) підносити до нього магніт південним полюсом?

2) Для кожного випадку в п. 1 визначте напрямок індукційного струму в суцільному кільці та напрямок індукції магнітного поля, створеного цим струмом.

3) Що відбуватиметься, якщо магніт підносити до розрізаного алюмінієвого кільця?

3. Дві котушки надіто на спільне осердя (рис. 3). Визначте напрямок індукційного струму в котушці А, якщо: 1) замкнути коло; 2) розімкнути коло;

3) пересунути повзунок реостата ліворуч; 4) пересунути повзунок реостата праворуч.

4. Складіть задачу, обернену до розглянутої в пункті 5 § 8. Розв’яжіть отриману задачу.

лабораторна робота № 2

тема. Спостереження явища електромагнітної індукції.

Мета: дослідити умови виникнення індукційного струму в замкненій котушці; з’ясувати чинники, від яких залежать сила та напрямок індукційного струму.

обладнання: міліамперметр, два штабові або підковоподібні магніти, дротяна котушка-моток на каркасі.

вказівки до роботи

підготовка до експерименту

1. Перед виконанням роботи згадайте:

1) вимоги безпеки під час роботи з електричними колами;

2) правила, яких необхідно дотримуватися під час вимірювання сили струму амперметром;

3) як залежить сила індукційного струму від швидкості зміни магнітного поля;

4) від чого залежить напрямок індукційного струму.

2. Виконайте завдання. На рис. 1-4 зображено штабовий магніт, ко-тушку-моток (далі — котушка), приєднану до міліамперметра, та зазначено напрямок швидкості руху магніту. Перенесіть рисунки до зошита й для кожного випадку:

1) позначте магнітні полюси котушки;

2) визначте та покажіть напрямок індукційного струму в котушці.

3. Складіть електричне коло, приєднавши проводи котушки до клем міліамперметра.

4. На одному з торців котушки поставте маркером мітку.

Суворо дотримуйтесь інструкції з безпеки (див. форзац підручника).

Експеримент 1

З’ясування умов виникнення індукційного струму в замкненому провіднику та чинників, від яких залежить напрямок індукційного струму.

Утримуючи котушку та магніт у руках, послідовно виконайте досліди, зазначені в табл. 1.

Зверніть увагу! Магніт слід вводити в котушку та виводити з неї тільки з боку того торця котушки, на якому поставлено мітку.

Таблиця 1

Номер досліду	Дії з магнітом і котушкою	Як поводиться стрілка міліамперметра (відхиляється ліворуч, праворуч, не відхиляється)
1	Уводимо магніт у котушку північним полюсом
2	Залишаємо магніт нерухомим
3	Виводимо магніт із котушки
4	Уводимо магніт у котушку південним полюсом
5	Залишаємо магніт нерухомим
6	Виводимо магніт із котушки
7	Наближаємо котушку до південного полюса магніту
8	Наближаємо котушку до північного полюса магніту

Аналіз результатів експерименту 1

Проаналізуйте табл. 1 і сформулюйте висновок, у якому зазначте:

1) за яких умов у замкненій котушці виникає індукційний струм;

2) як змінюється напрямок індукційного струму в разі зміни напрямку руху магніту;

3) як змінюється напрямок індукційного струму в разі зміни полюса магніту, який наближають або віддаляють від котушки.

Експеримент 2

З’ясування чинників, від яких залежить значення індукційного струму. Утримуючи котушку та магніт у руках, послідовно виконайте досліди, зазначені в табл. 2. Щоразу знімайте покази міліамперметра та заносьте їх до табл. 2.

Таблиця 2

Номер досліду	Дії з магнітом і котушкою	Сила струму I, мА
1	Швидко вводимо магніт у котушку
2	Повільно вводимо магніт у котушку
3	Швидко вводимо в котушку два магніти, складені однойменними полюсами
4	Повільно вводимо в котушку два магніти, складені однойменними полюсами

аналіз результатів експерименту 2

Проаналізуйте табл. 2 і сформулюйте висновок, у якому зазначте:

1) як залежить сила індукційного струму від швидкості відносного руху магніту та котушки;

2) як залежить сила індукційного струму від значення індукції зовнішнього магнітного поля, зміна якого спричиняє появу струму в котушці.

творче завдання

Продумайте та запишіть план проведення експериментів із дослідження умов виникнення індукційного струму в замкненій котушці для випадків, коли дві котушки надіто на спільне осердя (див. рис. 5-7). За можливості проведіть експерименти. Сформулюйте висновки. Для зазначених випадків укажіть полюси кожної котушки та напрямки струму в них.

підбиваємо підсумки розділу I

«Магнітне поле»

1. Вивчаючи розділ I, ви довідалися, що спочатку людина дізналася про постійні магніти та почала їх використовувати; значно пізніше було створено електромагніти, які знайшли широке застосування.

2. Ви з’ясували, що навколо намагніченого тіла, рухомої зарядженої частинки та провідника зі струмом існує магнітне поле.

магнітне поле

форма матерії, яка існує навколо намагнічених тіл, провідників зі струмом та рухомих заряджених тіл або частинок і яка діє на інші намагнічені тіла, провідникі зі струмом та рухомі заряджені тіла або частинки, розташовані в цьому полі

3. Ви дізналися, що в магнітному полі всі речовини намагнічуються, але по-різному.

МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИН

4. Ви з’ясували, що на провідник зі струмом, розміщений у магнітному полі, діє певна сила, — сила Ампера.

5. Ви повторили досліди М. Фарадея та ознайомилися з явищем електромагнітної індукції.

завдання для самоперевірки до розділу I

«Магнітне поле»

Завдання 1, 2, 5-7 містять тільки одну правильну відповідь.

1. (1 бал) Південний магнітний полюс стрілки компаса зазвичай указує:

а) на північний географічний полюс Землі;

б) південний магнітний полюс Землі;

в) південний географічний полюс Землі;

г) екватор Землі.

2. (1 бал) Магнітне поле котушки зі струмом слабшає, якщо:

а) у середину котушки ввести залізне осердя;

б) збільшити число витків в обмотці;

в) зменшити силу струму;

г) збільшити силу струму.

3. (2 бали) Установіть відповідність між науковим фактом і дослідами, за допомогою яких цей факт було з’ясовано.

1 Навколо провідника зі струмом існує А Досліди А. Ампера

магнітне поле Б Дослід В. Ґільберта

2 Навколо планети Земля існує магнітне поле В Дослід Г. Ерстеда

3 Два провідники зі струмом взаємодіють Г Дослід Ш. Кулона

4 Змінне магнітне поле створює електричне Д Досліди М. Фарадея поле

4. (2 бали) Виберіть усі правильні твердження.

а) Полюс магніту — це ділянка поверхні магніту, де магнітна дія виявляється найсильніше.

б) Лінії індукції однорідного магнітного поля можуть бути викривлені.

в) Одиниця магнітної індукції в СІ — тесла.

г) Ротор — це нерухома частина двигуна.

5. (2 бали) У якому випадку (рис. 1) напрямок ліній індукції магнітного поля прямого провідника зі струмом зазначено правильно?

6. (2 бали) Де на рис. 2 напрямок сили Ампера зазначено правильно?

7. (2 бали) Прямолінійний провідник завдовжки 0,6 м розташований в однорідному магнітному полі індукцією 1,2 мТл під кутом 30° до ліній магнітної індукції поля. Визначте силу Ампера, яка діє на провідник, якщо сила струму в ньому 5 А.

а) 1,8 мН; б) 2,5 мН; в) 3,6 мН; г) 10 мН.

8. (2 бали) Перед тим як подати зерно на жорна млина, це зерно пропускають між полюсами сильного електромагніта. Для чого це роблять?

9. (3 бали) Магнітна стрілка встановилася в магнітному полі котушки зі струмом так, як показано на рис. 3. Визначте полюси джерела струму.

10. (3 бали) На рис. 4 зображено рамку, що повертається в магнітному полі постійного магніту. Визначте полюси джерела струму, до якого підключено рамку.

11. (3 бали) На рис. 5 зображено провідник зі струмом, розташований у магнітному полі підковоподібного магніту. Визначте полюси магніту.

12. (3 бали) Чи відхилиться магнітна стрілка від напрямку «північ — південь», якщо до неї піднести залізний брусок? мідний брусок?

13. (4 бали) Визначте полюси електромагніта (рис. 6). Як зміниться підіймальна сила електромагніта, якщо повзунок реостата пересунути ліворуч?

14. (4 бали) Визначте напрямок індукційного струму в замкненому провідному кільці в момент замикання ключа (рис. 7).

15. (4 бали) Сталевий стрижень завдовжки 40 см і масою 50 г лежить перпендикулярно до горизонтальних рейок (рис. 8). Уздовж рейок напрямлене однорідне магнітне поле індукцією 0,25 Тл. У стрижні пропускають електричний струм силою 2 А. З якою силою стрижень тисне на рейки?

Звірте ваші відповіді з наведеними в кінці підручника. Позначте завдання, які ви виконали правильно, і визначте суму балів. Потім цю суму поділіть на три. Одержаний результат відповідатиме рівню ваших навчальних досягнень.

Тренувальні тестові завдання з комп’ютерною перевіркою ви знайдете на електронному освітньому ресурсі «Інтерактивне навчання».

Від зір до «летючих» жаб,

або Навіщо потрібні надпотужні магніти

У більшості людей магніти асоціюються з компасом. Інженери згадають ще про їх застосування в електродвигунах і генераторах електричного струму. Але всі ці конструкції вже давно відомі. Отже, подальше вивчення магнітних явищ є зайвим?

Не поспішайте з відповіддю, згадайте, наприклад, про потяги «без тертя». Рейками для таких потягів є магнітне поле. Два магніти, один із яких розміщений в опорах, а другий — у самому потязі, повернені один до одного однойменними полюсами, а отже, відштовхуються. Як результат — потяг ніби «летить» над дорогою. Про переваги такого технічного рішення докладно було розказано на «Енциклопедичній сторінці» в підручнику для 7 класу.

Розглянемо ще кілька прикладів застосування надпотужних магнітів. Але спочатку визначимося, що називають надпотужними магнітами. Для цього порівняємо індукції магнітних полів, створюваних різними об’єктами, за таблицею, в якій наведено, у скільки разів індукція В магнітного поля певного об’єкта відрізняється від індукції В_З магнітного поля Землі. Магнітне поле Землі, порівняно невелике, іноді є шкідливим, і вчені навчилися екранувати його (знижувати) в спеціально обладнаних приміщеннях — маг-нітоекранованих кімнатах. Найменше значення магнітного поля в такій кімнаті є у 10 мільйонів разів меншим, ніж поле Землі.

Як бачимо з таблиці, створено магніт, індукція магнітного поля якого сильніше за індукцію магнітного поля Землі у 200 000 разів. Для чого потрібні такі потужні магніти?

Насамперед фізикам потрібні потужні магніти для утримання пучків заряджених частинок у прискорювачах. На рис. 1 зображено один із найбільших у світі прискорювачів. По гігантському кільцю діаметром кілька

кілометрів рухаються заряджені частинки. Щоб вони «не вихлюпувалися» на стінки, й потрібні надпотужні магніти (рис. 2).

Широко відоме застосування надпотужних магнітів у медицині: за їхньою допомогою одержують зображення внутрішніх органів людини (рис. 3, 4). На відміну від діагностики за допомогою рентгенівських променів, метод магнітного резонансу є значно безпечнішим.

Насамкінець наведемо ще один приклад застосування надпотужних магнітів. Інженери вже навчили «літати» важкі потяги, а чи можна навчити літати людину або тварину?

Виявляється, вся справа в матеріалах. У конструкції потяга для підсилення магнітного поля можна використати спеціальні матеріали, а от речовини, з яких складається організм, таких властивостей не мають. Не вживлювати ж заради сумнівного задоволення у тіло «залізячки»! Та на шляху опанування левітації допомогли надпотужні магніти. З’ясувалося, що в разі дуже сильних магнітних полів навіть слабкого магнетизму організму достатньо для забезпечення потрібної сили відштовхування. Ученим удалося змусити «літати» жабу, помістивши її під час експерименту над надпотужним магнітом (рис. 5). За словами дослідників, після польоту мандрівниця почувалася нормально. Лишилася «дрібниця»: збільшити магнітне поле в 10100 разів — і людина пізнає п’янке відчуття польоту.

Орієнтовні теми проектів

1. Магнітні матеріали та їх використання.

2. Магнітний запис інформації.

3. Вияви та застосування магнітних взаємодій у природі й техніці.

4. Геомагнітне поле Землі.

5. Магнітні бурі та їхній вплив на здоров’я людини.

6. Різноманітні електромагнітні пристрої.

7. Генератори електричного струму.

Теми рефератів і повідомлень

1. Вплив магнітного поля на якість і швидкість проростання насіння.

2. Вплив магнітного поля на життя та здоров’я людини.

3. Сила Лоренца. Вияви сили Лоренца в природі, застосування в техніці.

4. Історія вивчення магнетизму.

5. Магнітні моменти атома та його складників.

6. Антимагнітні речовини та їх застосування.

7. Внесок українських учених у вивчення магнетизму.

8. М. Фарадей і Дж. Максвелл — засновники теорії електромагнітного поля.

9. Магнітні бурі в атмосфері планет-гігантів Сатурна й Урана.

10. Нікола Тесла — людина, яка випередила свій час.

11. Як працюють прискорювачі заряджених частинок.

12. Що таке магнітний сепаратор і для чого він призначений.

13. МГД-генератор: що він генерує і як працює.

14. Що таке петля гістерезису і як вона пов’язана з намагнічуванням і перемагнічуванням.

15. Магнітна рідина: унікальні властивості, приклади застосування.

Теми експериментальних досліджень

1. Вивчення властивостей постійних магнітів.

2. Дослідження магнітного поля Землі.

3. Вимірювання магнітної індукції магнітного поля котушки зі струмом; магнітного поля підковоподібного магніту.

4. Виготовлення генератора електричного струму.

5. Дослідження явища електромагнітної індукції.

6. Виготовлення магнітної рідини, дослідження її властивостей.

7. Виготовлення електродвигуна.

 

Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Бар’яхтар, Довгий

 

Закон фарадея магнітне поле. Закон електромагнітної індукції фарадея для початківців

Для опису процесів у фізиці і хімії є цілий ряд законів і співвідношень, отриманих експериментальним і розрахунковим шляхом. Жодного дослідження не можна провести без попередньої оцінки процесів з теоретичних співвідношень. Закони Фарадея застосовуються і у фізиці, і в хімії, а в цій статті ми постараємося коротко і зрозуміло розповісти про всіх знаменитих відкриття цього великого вченого.

Історія відкриття

Закон Фарадея в електродинаміки був відкритий двома вченими: Майклом Фарадеєм і Джозефом Генрі, але Фарадей опублікував результати своїх робіт раніше — в 1831 році.

У своїх демонстраційних експериментах в серпні 1831 він використовував залізний тор, на протилежні кінці якого був намотаний провід (по одному дроту на боку). На кінці одного першого проводу він подав харчування від гальванічної батареї, а на висновки другого підключив гальванометр. Конструкція була схожа на сучасний трансформатор. Періодично включаючи і вимикаючи напруга на першому дроті, він спостерігав сплески на гальванометрі.

Гальванометр — це високочутливий прилад для вимірювання сили струмів малої величини.

Таким чином було зображено вплив магнітного поля, що утворився в результаті протікання струму в першому дроті, на стан другого провідника. Це вплив передавалося від першого до другого через сердечник — металевий тор. В результаті досліджень було виявлено та вплив постійного магніту, який рухається в котушці, на її обмотку.

Тоді Фарадей пояснював явище електромагнітної індукції з точки зору силових ліній. Ще однією була установка для генерування постійного струму: мідний диск обертався поблизу магніту, а ковзає по ньому провід був токос’емник. Цей винахід так і називається — диск Фарадея.

Вчені того періоду не визнали ідеї Фарадея, але Максвелл взяв дослідження для основи своєї магнітної теорії. У 1836 р Майкл Фарадей встановив співвідношення для електрохімічних процесів, які назвали Законами електролізу Фарадея. Перший описує співвідношення виділеної на електроді маси речовини і протікає струму, а другий співвідношення маси речовини в розчині і виділеного на електроді, для певної кількості електрики.

електродинаміка

Перші роботи застосовуються у фізиці, конкретно в описі роботи електричних машин і апаратів (трансформаторів, двигунів та ін.). Закон Фарадея говорить:

Для контуру индуцированная ЕРС прямо пропорційна величині швидкості магнітного потоку, який переміщується через цей контур зі знаком мінус.

Це можна сказати простими словами: чим швидше магнітний потік рухається через контур, тим більше на його висновках генерується ЕРС.

Формула виглядає наступним чином:

Тут dФ — магнітний потік, а dt — одиниця часу. Відомо, що перша похідна за часом — це швидкість. Тобто швидкість переміщення магнітного потоку в даному конкретному випадку. До речі переміщатися може, як і джерело магнітного поля (котушка зі струмом — електромагніт, або постійний магніт), так і контур.

Тут же потік можна виразити за такою формулою:

B — магнітне поле, а dS — площа поверхні.

Якщо розглядати котушку з плотнонамотаннимі витками, при цьому в кількості витків N, то закон Фарадея виглядає наступним чином:

Магнітний потік у формулі на один виток, вимірюється в Вебера. Струм, що протікає в контурі, називається індукційним.

Електромагнітна індукція — явище протікання струму в замкнутому контурі під впливом зовнішнього магнітного поля.

У формулах вище ви могли помітити знаки модуля, без них вона має злегка інший вид, такий як було сказано в першій формулюванні, зі знаком мінус.

Знак мінус пояснює правило Ленца. Струм, що виникає в контурі, створює магнітне поле, воно спрямоване протилежно. Це є наслідком закону збереження енергії.

Напрямок індукційного струму можна визначити за правилом правої руки або, ми його розглядали на нашому сайті детально.

Як вже було сказано, завдяки явищу електромагнітної індукції працюють електричні машини трансформатори, генератори і двигуни. На ілюстрації показано протікання струму в обмотці якоря під впливом магнітного поля статора. У випадку з генератором, при обертанні його ротора зовнішніми силами в обмотках ротора виникає ЕРС, струм породжує магнітне поле спрямоване протилежно (той самий знак мінус у формулі). Чим більше струм, споживаний навантаженням генератора, тим більше це магнітне поле, і тим більше ускладнюється його обертання.

І навпаки — при протіканні струму в роторі виникає поле, яке взаємодіє з полем статора і ротор починає обертатися. При навантаженні на вал ток в статорі і в роторі підвищується, при цьому потрібно забезпечити перемикання обмоток, але це вже інша тема, пов’язана з влаштуванням електричних машин.

В основі роботи трансформатора джерелом рухомого магнітного потоку є змінне магнітне поле, що виникає в наслідок протікання в первинній обмотці змінного струму.

Якщо ви бажаєте більш детально вивчити питання, рекомендуємо переглянути відео, на якому легко і доступно розповідається Закон Фарадея для електромагнітної індукції:

електроліз

Крім досліджень ЕРС і електромагнітної індукції учений зробив великі відкриття і в інших дисциплінах, в тому числі хімії.

При протіканні струму через електроліт іони (позитивні і негативні) починають спрямовуватися до електродів. Негативні рухаються до анода, позитивні до катода. При цьому на одному з електродів виділяється певна маса речовини, яка міститься в електроліті.

Фарадей проводив експерименти, пропускаючи різний струм через електроліт і вимірюючи масу речовини відклався на електродах, вивів закономірності.

m — маса речовини, q — заряд, а k — залежить від складу електроліту.

А заряд можна виразити через струм за проміжок часу:

I = q / t, тоді q = i * t

Тепер можна визначити масу речовини, що виділиться, знаючи струм і час, який він протікав. Це називається Перший закон електролізу Фарадея.

Другий закон:

Маса хімічного елемента, який осяде на електроді, прямо пропорційна еквівалентної масі елемента (молярніймасі розділеної на число, яке залежить від хімічної реакції, в якій бере участь речовина).

З урахуванням вищесказаного ці закони об’єднуються в формулу:

m — маса речовини, яка виділилася в грамах, n — кількість переносите електронів в електродному процесі, F = 986485 Кл / моль — число Фарадея, t — час в секундах, M молярна маса речовини г / моль.

В реальності ж через низку обставин, маса виділяється речовини менше ніж розрахункова (при розрахунках з урахуванням викликаного струму). Ставлення теоретичної і реальної мас називають виходом по току:

B т = 100% * m розр / m теор

Закони Фарадея внесли істотний внесок у розвиток сучасної науки, завдяки його роботам ми маємо електродвигуни та генератори електроенергії (а також робіт його послідовників). Робота ЕРС і явища електромагнітної індукції подарували нам велику частину сучасного електрообладнання, в тому числі і гучномовці та мікрофони, без яких неможливо прослуховування записів і голосовий зв’язок. Процеси електролізу застосовуються в гальванічному методі покриття матеріалів, що несе як декоративну цінність, так і практичну.

Схожі матеріали:

подобається ( 0 ) Не подобається( 0 )

Сьогодні ми розкриємо такий феномен фізики, як «закон електромагнітної індукції». Розповімо, чому Фарадей провів досліди, наведемо формулу і пояснимо важливість явища для повсякденного життя.

Стародавні боги і фізика

Стародавні люди поклонялися невідомому. І зараз людину лякає безодня моря і далечінь космосу. Але наука може пояснити, чому. Субмарини знімають неймовірну життя океанів на глибині понад кілометр, космічні телескопи вивчають об’єкти, які існували всього лише через лічені мільйони років після великого вибуху.

Але тоді люди обожнювали всі, що їх заворожувало і тривожило:

• схід сонця;
• пробудження рослин навесні;
• дощ;
• народження і смерть.

В кожному предметі і явище жили невідомі сили, які управляли світом. До сих пір діти схильні олюднювати меблі та іграшки. Залишаючись без нагляду дорослих, вони фантазують: ковдру обійме, табуретка підійде, вікно відкриється саме по собі.

Мабуть, першим еволюційним кроком людства стало вміння підтримувати вогонь. Антропологи припускають, що найраніші багаття запалилися від дерева, в яке вдарила блискавка.

Таким чином, електрику зіграло в житті людства величезну роль. Перша блискавка дала поштовх до розвитку культури, основний закон електромагнітної індукції привів людство до сучасного стану.

Від оцту до ядерного реактора

У піраміді Хеопса були знайдені дивні керамічні посудини: горлечко запечатано воском, в глибині прихований металевий циліндр. На внутрішній стороні стінок виявили залишки оцту або кислого вина. Вчені прийшли до сенсаційного висновку: цей артефакт — батарейка, джерело електрики.

Але до 1600 року вивчати цей феномен ніхто не брався. До рухомих електронів досліджували природу статичної електрики. Про те, що бурштин дає розряди, якщо його потерти про хутро, знали ще стародавні греки. Колір цього каменю нагадував їм світло зірки Електри з Плеяд. А назва мінералу стало, в свою чергу, приводом охрестити фізичне явище.

Перший примітивний джерело постійного струму був побудований в 1800 році

Природно, як тільки з’явився досить потужний конденсатор, вчені почали вивчати властивості підключеного до нього провідника. У 1820 році датський вчений Ханс Крістіан Ерстед виявив, що магнітна стрілка відхиляється поруч з включеним в мережу провідником. Даний факт дав поштовх до відкриття закону електромагнітної індукції Фарадеєм (формула буде приведена трохи нижче), який дозволив людству добувати електрику з води, вітру і ядерного палива.

Примітивне, але сучасне

Фізична основа дослідів Макса Фарадея була закладена Ерстед. Якщо включений провідник впливає на магніт, то вірно і зворотне: намагнічений провідник повинен викликати струм.

Структура досвіду, який допоміг вивести закон електромагнітної індукції (ЕРС як поняття ми розглянемо трохи пізніше), була досить проста. Змотану в пружину дріт підключили до приладу, який реєструє струм. До виткам вчений підніс великий магніт. Поки магніт рухався поруч з контуром, прилад реєстрував потік електронів.

З тих пір техніка удосконалилася, але основний принцип створення електрики на величезних станціях поки що той же: рухомий магніт збуджує струм в змотаним пружиною провіднику.

розвиток ідеї

Найперший досвід переконав Фарадея, що електричне і магнітне поля взаємопов’язані. Але потрібно з’ясувати, як саме. Чи виникає навколо провідника зі струмом ще й магнітне поле або вони просто здатні впливати один на одного? Тому вчений пішов далі. Він змотав один дріт, підвів до неї струм, і цю котушку всунувся в іншу пружину. І теж отримав електрику. Цей досвід довів, що рухаються електрони створюють не тільки електричне, але й магнітне поле. Пізніше вчені з’ясували, як вони розташовуються в просторі відносно один одного. Електромагнітне поле — це і та причина, по якій існує світло.

Експериментуючи з різними варіантами взаємодії провідників під напругою, Фарадей з’ясував: ток передається найкраще, якщо і першу, і другу котушки намотати на один загальний металевий сердечник. Формула, що виражає закон електромагнітної індукції, була виведена саме на цьому приладі.

Формула та її складові

Тепер, коли історія вивчення електрики доведена до експерименту Фарадея, пора написати формулу:

розшифруємо:

ε — це електрорушійна сила (скорочено ЕРС). Залежно від величини ε електрони переміщаються в провіднику інтенсивніше або слабкіше. На ЕРС впливає потужність джерела, а на неї — напруженість електромагнітного поля.

Φ — величина магнітного потоку, який проходить в даний момент через задану площа. Фарадей звертав дріт в пружину, так як йому була потрібна певний простір, крізь який проходив би провідник. Звичайно, можна було б виготовити дуже товстий провідник, але це було б дорого. Форму кола вчений вибрав тому, що у цій плоскої фігури співвідношення площі до довжини поверхні найбільше. Це сама енергетично ефективна форма. Тому краплі води на плоскій поверхні стають круглими. До того ж пружину з круглим перетином набагато простіше отримати: досить лише намотати дріт на якийсь круглий предмет.

t — час, за яке потік пройшов крізь контур.

Приставка d у формулі закону електромагнітної індукції означає, що величина диференціальна. Тобто маленький магнітний потік треба продифференцировать по невеликих відрізках часу, щоб отримати кінцевий результат. Це математичне дію вимагає від людей певної підготовленості. Щоб краще зрозуміти формулу, ми настійно рекомендуємо читачеві згадати диференціювання та інтегрування.

Наслідки із закону

Відразу після відкриття стали досліджувати явище електромагнітної індукції. Закон Ленца, наприклад, був виведений експериментально російським вченим. Саме це правило додало мінус в кінцеву формулу.

Вигляд у нього такий: напрямок індукційного струму не випадково; потік електронів у другій обмотці як би прагне зменшити дію струму в першій обмотці. Тобто виникнення електромагнітної індукції — це фактично опір другої пружини втручанню в «особисте життя».

Правило Ленца має й іншу слідство.

• якщо струм в першій котушці буде зростати, то струм другої пружини теж буде прагнути до збільшення;
• якщо струм в индуцирующей обмотці буде падати, то зменшиться і струм в другій.

Згідно з цим правилом, провідник, в якому виникає індукований струм, фактично прагне компенсувати дію змінюється магнітного потоку.

Зерно і осів

Використовувати найпростіші механізми собі на благо люди прагнули давно. Помел борошна — справа складна. Деякі племена розтирають зерно вручну: кладуть пшеницю на один камінь, накривають іншим плоским і круглим каменем, і крутять жорна. Але якщо треба змолоти борошно на ціле село, то одним м’язовим працею не обійтися. Спочатку люди здогадалися прив’язати до жорно тяглове тварина. Ослик тягнув за мотузку — камінь обертався. Потім, ймовірно, люди подумали: «Річка тече весь час, вона штовхає всякі предмети вниз за течією. Чому б нам не використовувати це на благо? » Так з’явилися водяні млини.

Колесо, вода, вітер

Звичайно, перші інженери, які будували ці споруди, нічого не знали ні про силу тяжіння, через яку вода прагне завжди вниз, ні про силу тертя або поверхневого натягу. Але вони бачили: якщо поставити в струмок або річку колесо з лопатями на діаметрі, то воно не тільки буде обертатися, а й зможе робити корисну роботу.

Але і цей механізм був обмежений: не скрізь є проточна вода з досить силою течії. Тому люди пішли далі. Вони побудували млини, які працювали від вітру.

Вугілля, мазут, бензин

Коли вчені зрозуміли принцип збудження електрики, була поставлена ​​технічна задача: отримувати його в промислових масштабах. На той момент (середина дев’ятнадцятого століття) світ був охоплений лихоманкою машин. Всю складну роботу прагнули доручити расширяющемуся пару.

Але тоді нагріти великі обсяги води вміли тільки викопним паливом — вугіллям і мазутом. Тому ті які були багаті стародавніми вуглецями, відразу привернули увагу інвесторів і робітників. А перерозподіл людей призвело до промислової революції.

Голландія і Техас

Однак такий стан речей погано відбилося на екології. І вчені задумалися: як отримувати енергію, не руйнуючи природу? Врятувало добре забуте старе. Млин використовувала крутний момент для здійснення безпосередньо грубої механічної роботи. Турбіни гідроелектростанцій обертають магніти.

На даний момент саме чисту електрику отримують з енергії вітру. Інженери, які будували перші генератори Техасу, спиралися на досвід вітряних млинів Голландії.

>> Фізика і астрономія >> Фізика 11 клас >> Закон електромагнітної індукції

Закон Фарадея. індукція

Електромагнітної індукції називають таке явище, як виникнення електричного струму в замкнутому контурі, за умови зміни магнітного потоку, який проходить через цей контур.

Закон електромагнітної індукції Фарадея записується такою формулою:

І говорить, що:

Яким же чином ученим вдалося вивести таку формулу і сформулювати цей закон? Ми з вами вже знаємо, що навколо провідника зі струмом завжди існує магнітне поле, а електрику має магнітної силою. Тому на початку 19-го століття і постало завдання про необхідність підтвердження впливу магнітних явищ на електричні, яку намагалися вирішити багато вчених, і англійський учений Майкл Фарадей був в їх числі. Майже 10 років, починаючи з 1822 року він витратив на різні досліди, але безуспішно. І тільки 29 серпня 1831 року настав тріумф.

Після напружених пошуків, досліджень і дослідів, Фарадей прийшов до висновку, що тільки мінливий з часом магнітне поле може створити електричний струм.

досліди Фарадей

Досліди Фарадей полягали в наступному:

По-перше, якщо взяти постійний магніт і рухати його всередині котушки, до якої приєднано гальванометр, то в ланцюзі виникав електричний струм.
По-друге, якщо цей магніт висувати з котушки, то ми спостерігаємо, що гальванометр так само показує струм, але цей струм має протилежний зміст.

А тепер давайте спробуємо цей досвід трохи змінити. Для цього ми спробуємо на нерухомий магніт одягати і знімати котушку. І що ми в результаті бачимо? А ми з вами спостерігаємо те, що під час руху котушки щодо магніту в ланцюзі знову з’являється струм. А якщо в котушці припинилося, то і струм відразу ж зникає.

Тепер давайте зробимо ще один досвід. Для цього ми з вами візьмемо і помістимо в магнітне поле плоский контур без провідника, а його кінці спробуємо з’єднати з гальванометром. І що ми спостерігаємо? Як тільки контур гальванометр повертається, то ми спостерігаємо появу в ньому індукційного струму. А якщо спробувати обертати магніт усередині нього і поруч з контуром, то в цьому випадку також з’явиться струм.

Думаю, ви вже помітили, ток з’являється в котушці тоді, коли змінюється магнітний потік, який пронизує цю котушку.

І тут виникає питання, при будь-яких чи рухах магніту і котушки, може виникнути електричний струм? Виявляється не завжди. Струм не виникне в тому випадку, коли магніт обертається навколо вертикальної осі.

А з цього випливає, що при будь-якій зміні магнітного потоку, ми спостерігаємо те, що в цьому провіднику виникає електричний струм, який існував протягом усього процесу, поки відбувалися зміни магнітного потоку. Саме в цьому і полягає явище електромагнітної індукції. А індукційним струмом є той струм, який був отриманий даним методом.

Якщо ми з вами проаналізуємо цей досвід, то побачимо, що значення індукційного струму абсолютно не залежить від причини зміни магнітного потоку. В даному випадку, першорядне значення має лише швидкість, яка впливає на зміни магнітного потоку. З дослідів Фарадея слід, що чим швидше рухається магніт в котушці, тим більше відхиляється стрілка гальванометра.

Тепер ми можемо підвести підсумок даного уроку і зробити висновок, що закон електромагнітної індукції є одним з основних законом електродинаміки. Завдяки вивченню явищ електромагнітної індукції, вченими різних країн були створені різні електродвигуни та потужні генератори. Величезний внесок у розвиток електротехніки внесли і такі відомі вчені, як Ленц, Якобі, і інші.

Найголовніший закон електротехніки — закон Ома

Закон Джоуля — Ленца

Закон Джоуля — Ленца

У словесній формулюванні звучить наступним чином — Потужність тепла, що виділяється в одиниці об’єму середовища при протіканні електричного струму, пропорційна добутку щільності електричного струму на величину електричного поля

де w— потужність виділення тепла в одиниці об’єму, — щільність електричного струму, — напруженість електричного поля, σ — провідність середовища.

Закон також може бути сформульований в інтегральної формі для випадку протікання струмів в тонких проводах:

Кількість теплоти, що виділяється в одиницю часу в даній ділянці ланцюга, пропорційно добутку квадрата сили струму на цій ділянці і опору ділянки

У математичній формі цей закон має вигляд:
де dQ— кількість теплоти, що виділяється за проміжок часу dt, I— сила струму, R— опір, Q— загальна кількість теплоти, виділене за проміжок часу від t1до t2.

У разі постійних сили струму і опору:

закони Кірхгофа

Закони Кірхгофа (або правила Кірхгофа) — співвідношення, які виконуються між струмами і напругами на ділянках будь електричного кола. Правила Кірхгофа дозволяють розраховувати будь-які електричні ланцюги постійного і квазістаціонарного струму. Мають особливе значення в електротехніці через свою універсальність, так як придатні для вирішення будь-яких електротехнічних задач. Застосування правил Кірхгофа до ланцюга дозволяє отримати систему лінійних рівнянь щодо струмів, і відповідно, знайти значення струмів на всіх гілках ланцюга.

Для формулювання законів Кирхгофа, в електричному ланцюзі виділяються вузли — точки з’єднання трьох і більше провідників і контури — замкнуті шляху з провідників. При цьому кожен провідник може входити в кілька контурів.
В цьому випадку закони формулюються наступним чином.

перший закон(ЗТК, Закон струмів Кірхгофа) говорить, що алгебраїчна сума струмів в будь-якому вузлі будь-якого ланцюга дорівнює нулю (значення випливають струмів беруться зі зворотним знаком):

Іншими словами, скільки струму втікає в вузол, стільки з нього і випливає. Даний закон випливає з закону збереження заряду. Якщо ланцюг містить pвузлів, то вона описується p — 1рівняннями струмів. Цей закон може застосовуватися і для інших фізичних явищ (наприклад, водяні труби), де є закон збереження величини і потік цієї величини.

другий закон(ЗНК, Закон напруг Кірхгофа) говорить, що алгебраїчна сума падінь напруг по будь-якому замкнутому контуру ланцюга дорівнює сумі алгебри ЕРС, що діють уздовж цього ж контура. Якщо в контурі немає ЕРС, то сумарне падіння напруги дорівнює нулю:

для постійних напруг:

для змінних напруг:

Іншими словами, при обході ланцюга по контуру, потенціал, змінюючись, повертається до початкового значення. Якщо ланцюг містить гілок, з яких містять джерела струму гілки в кількості, то вона описується рівняннями напружень. Окремим випадком другого правила для ланцюга, що складається з одного контуру, є закон Ома для цього ланцюга.
Закони Кірхгофа справедливі для лінійних і нелінійних ланцюгів при будь-якому характері зміни в часі струмів і напруг.

На цьому малюнку для кожного провідника позначений протікає по ньому струм (буквою «I») і напруга між сполучаються їм вузлами (буквою «U»)

Наприклад, для наведеної на малюнку ланцюга, відповідно до першого закону виконуються наступні співвідношення:

Зверніть увагу, що для кожного вузла повинно бути вибрано позитивний напрямок, наприклад тут, струми, що впадає до вузол, вважаються позитивними, а випливають — негативними.
Згідно з другим законом, справедливі співвідношення:

Якщо напрямок струму збігається з напрямком обходу контуру (яке вибирається довільно), перепад напруги вважається позитивним, в іншому випадку — негативним.

Закони Кірхгофа, записані для вузлів і контурів ланцюга, дають повну систему лінійних рівнянь, яка дозволяє знайти всі струми і напруги.

Існує думка, згідно з яким «Закони Кірхгофа» слід іменувати «Правилами Кірхгофа», бо вони не відображають фундаментальних сутностей природи (і не є узагальненням великої кількості досвідчених даних), а можуть бути виведені з інших положень і припущень.

ЗАКОН ПОВНОГО СТРУМУ

ЗАКОН ПОВНОГО СТРУМУодин з основних законів електромагнітного поля. Встановлює взаємозв’язок між магнітною силою і величиною струму, що проходить через поверхню. Під повним струмом розуміється алгебраїчна сума струмів, які пронизують поверхню, обмежену замкнутим контуром.

Сила, що намагнічує уздовж контуру дорівнює повному струму, що проходить крізь поверхню, обмежену цим контуром. У загальному випадку напруженість поля на різних ділянках магнітної лінії може мати різні значення, і тоді сила, що намагнічує буде дорівнює сумі сил, що намагнічують кожної лінії.

Закон Джоуля — Ленца

Закон Джоуля — Ленца— фізичний закон, що дає кількісну оцінку теплового дії електричного струму. Відкрито в 1840 році незалежно Джеймсом Джоулем і Емілем Ленцом.

У словесній формулюванні звучить наступним чином:

Потужність тепла, що виділяється в одиниці об’єму середовища при протіканні електричного струму, пропорційна добутку щільності електричного струму на величину електричного поля

Математично може бути виражений в такій формі:

де w— потужність виділення тепла в одиниці об’єму, — щільність електричного струму, — напруженість електричного поля, σ — провідність середовища.

ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ, Закон Фарадея — закон, що встановлює взаємозв’язок між магнітними і електричними явищами. ЕРС електромагнітної індукції в контурі чисельно дорівнює і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку крізь поверхню, обмежену цим контуром. Величина ЕРС поля залежить від швидкості зміни магнітного потоку.

закон Фарадея(По імені англійського фізика М. Фарадея (1791-1867)) — основні закони електролізу.

Встановлюють взаємозв’язок між кількістю електрики, що проходить через електропровідний розчин (електроліт), і кількістю речовини, що виділяється на електродах.

При пропущенні через електроліт постійного струму Iпротягом секунди q = It, m = kIt.

Другий закон Фарадея: електрохімічні еквіваленти елементів прямо пропорційні їх хімічним еквівалентів.

правило свердлика

правило свердлика(Також, правило правої руки) — мнемонічне правило для визначення напрямку вектора кутової швидкості, що характеризує швидкість обертання тіла, а також вектора магнітної індукції Bабо для визначення напрямку індукційного струму.

Правило правої руки

Правило правої руки

правило свердлика: «Якщо напрямок поступального руху свердлика (гвинта) збігається з напрямком струму в провіднику, то напрям обертання ручки свердлика збігається з напрямом вектора магнітної індукції».

Визначає напрямок індукційного струму в провіднику, що рухається в магнітному полі

Правило правої руки: «Якщо долоню правої руки розташувати так, щоб в неї входили силові лінії магнітного поля, а відігнутий великий палець направити по руху провідника, то чотири витягнутих пальці вкажуть напрямок індукційного струму».

для соленоїдавоно формулюється так: «Якщо обхопити соленоїд долонею правої руки так, щоб чотири пальці були спрямовані уздовж струму в витках, то відставлений великий палець покаже напрям ліній магнітного поля всередині соленоїда».

Правило лівої руки

Правило лівої руки

Якщо рухається заряд, а магніт покоїться, то для визначення сили діє правило лівої руки: «Якщо ліву руку розташувати так, щоб лінії індукції магнітного поля входили в долоню перпендикулярно їй, а чотири пальці були спрямовані по току (по руху позитивно зарядженої частинки або проти руху негативно зарядженої), то відставлений на 90 ° великий палець покаже напрям сили, що діє Лоренца або Ампера. »

Електрика має здатність генерувати магнітне поле. У 1831 році М. Фарадей ввів поняття електромагнітна індукція. Він зміг отримати в закритій системі провідників електрику, що з’являється при зміні показників магнітного потоку. Формула закону Фарадея дала поштовх для розвитку електродинаміки.

Історія розвитку

Після докази закону електромагнітної індукції англійським вченим М. Фарадеєм над відкриттям працювали російські вчені Е. Ленц і Б. Якобі. Завдяки їх працям, сьогодні розроблений принцип покладено в основу функціонування багатьох приладів і механізмів.

Основними агрегатами, в яких застосовується закон електромагнітної індукції Фарадея, є двигун, трансформатор і безліч інших приладів.

Індукцією електромагнітно іменується індукування в замкнутій провідній системі електричного струму. Таке явище стає можливим при фізичному пересуванні через провідникову систему магнітного поля. Механічна дія тягне за собою появу електрики. Його прийнято називати індукційним. До відкриття закону Фарадея людство не знало про інші способи створення електрики, крім гальваніки.

Якщо крізь провідник пропустити магнітне поле, в ньому буде виникати ЕРС індукції. Її ще називають електрорушійної силою. За допомогою цього відкриття вдається уявити в кількісному вираженні показник.

Дослідне доказ

Проводячи свої дослідження, англійський учений встановив, що індукційний струм виходить одним з двох способів. У першому досвіді він з’являється при русі рамки в магнітному полі, створюваному нерухомою котушкою. Другий спосіб передбачає нерухоме положення рамки. В цьому експерименті змінюється тільки поле котушки при її русі або зміні сили струму в ній.

Досліди Фарадея призвели дослідника до висновку, що при генеруванні індукційного струму провокується збільшенням або зменшенням магнітного потоку в системі. Також досліди Фарадея дозволили стверджувати, що значення електрики, отриманого досвідченим шляхом, не залежить від методології, якою був змінений потік магнітної індукції. На показник впливає тільки швидкість такої зміни.

кількісне вираження

Встановити кількісне значення явища електромагнітної індукції дозволяє закон Фарадея. Він говорить, що ЕРС, яка формулюється в системі, змінює значення пропорційно швидкості переміщення потоку в провіднику. Формула буде мати такий вигляд:

Негативний знак свідчить про те, що ЕРС перешкоджає появі змін всередині контуру. Для вирішення деяких завдань негативний знак у формулі не ставлять. В цьому випадку результат записують у вигляді модуля.

Система може включати в себе кілька витків. Кількість їх позначається латинською буквою N. Всі елементи контуру пронизуються єдиним магнітним потоком. ЕРС індукції буде розраховуватися так:

Зрозумілим прикладом відтворення електрики в провіднику вважається котушка, крізь яку переміщається постійний магніт.

Робота Е. Ленца

Спрямованість індукційного струму надає можливість визначити правило Ленца. Коротке формулювання звучить досить просто. З’являється при зміні показників поля провідникового контуру струм, перешкоджає завдяки своєму магнітному полю такої зміни.

Якщо в котушку поступово вводити магніт, в ній підвищується рівень магнітного потоку. Згідно з правилом Ленца, магнітне поле буде мати напрямок протилежне збільшення поля магніту. Щоб зрозуміти цю спрямованість, необхідно дивитися на магніт з північного боку. Звідси буде укручуватися буравчик назустріч північного полюса. Струм буде переміщатися в бік руху годинникової стрілки.

Якщо магніт виводиться з системи, магнітний потік в ній зменшиться. Щоб встановити напрямок струму, викручується буравчик. Обертання буде направлено у зворотний бік переміщення по циферблату годинникової стрілки.

Формулювання Ленца набувають великого значення для системи з контуром замкнутого типу і відсутнім опором. Його прийнято називати ідеальним контуром. За правилом Ленца, в ньому неможливо збільшити або зменшити магнітний потік.

поняття самоіндукції

Генерація індукції в ідеальній системі, яке має місце при падінні або зростанні електрики в провіднику, іменується самоіндукцією.

Закон Фарадея для самоіндукції виражається рівністю, коли при зміні електрики не відбулося інших змін:

де е — ЕРС, L — індуктивність закритою котушки, ΔI / Δt — швидкість, з якою відбуваються зміни сили струму.

індуктивність

Ставлення, яке показує пропорційність між такими категоріями, як сила струму в провідній системі і магнітним потоком іменується індуктивністю. На показник має вплив фізичні габарити котушки і магнітні властивості середовища. Ставлення описується формулою:

Зображення, що рухається в контурі електрику провокує появу магнітного поля. Воно пронизує власний провідник і спричиняє появу свого потоку крізь контур. Причому власний потік пропорційний електрики, яка його породжує:

Значення індуктивності також формується із закону Фарадея.

нерухома система

Сила Лоренца пояснює виникнення ЕРС при русі системи в поле зі значенням постійним. Індукційна ЕРС має здатність виникати і при нерухомій провідній системі, що знаходиться в змінному магнітному полі. Сила Лоренца в такому прикладі не здатна пояснити появу ЕРС індукції.

Максвелл для провідних систем нерухомого типу запропонував застосовувати особливу рівняння. Воно пояснює виникнення в таких системах ЕРС. Головним принципом закону Фарадея-Максвелла є факт, що змінне поле утворює в просторі навколо себе електричне поле. Воно виступає фактором, що провокує появу струму індукції в нерухомої системі. Переміщення вектора (Е) по стаціонарним контурам (L) є ЕРС:

При наявності струму змінного значення закони Фарадея водяться в рівняння Максвелла. Причому вони можуть бути представлені як в диференціальної формі, так і у вигляді інтегралів.

Праці в області електролізу

При використанні законів Фарадея описуються закономірності, які існують при електролізі. Цей процес полягає в перетворенні речовин з різноманітними характеристиками. Це відбувається при русі електрики крізь електроліт.

Ці закономірності були доведені М. Фарадеєм в 1834 році. Перше твердження говорить, що маса речовини, яка утворюється на електроді, змінюється відповідно заряду, переміщення крізь електроліт.

Друге твердження говорить, що еквіваленти компонентів з різними характеристиками пропорційні хімічним еквівалентів цих компонентів.

Обидва представлених затвердження поєднуються в об’єднаний закон Фарадея. З нього випливає, що число Фарадея буде дорівнювати електрики, здатному виділити на електроліті 1 моль речовини. Її розраховують на одиницю валентності. Саме по об’єднаній формулою в далекому 1874 році був обчислений заряд електрона.

Закони електролізу, встановлені Фарадеєм, тестувалися при різному значенні струму, температури, тиску, а також при одночасному виділенні двох і більше речовин. Електроліз також проводився в різних розплавах і розчинниках. Концентрація електроліту також відрізнялася в різних дослідах. При цьому іноді спостерігалися невеликі відхилення від закону Фарадея. Вони пояснюються електронну провідність електролітів, яка визначається нарівні з іонною провідністю.

Відкриття, зроблені англійським фізиком М. Фарадеєм, дозволили описати безліч явищ. Його закони є основою сучасної електродинаміки. За цим принципом функціонує різне сучасне обладнання.

Майкл Фарадей (Michael Faraday) | Візіонери

Майкл Фарадéй (Michael Faraday) народився 22 вересня 1791 року в Лондоні — помер 25 серпня 1867 року також в Лондоні. Видатний англійський фізик і хімік, основоположник вчення про електромагнітне поле, член Лондонського королівського товариства (1824). Він відіграв визначну роль у розвитку вчення про електромагнітні явища.

Майкл Фарадей народився поза шлюбом але проживав в сім’ї коваля. Він закінчив початкову школу, й на цьому його формальне навчання завершилося, однак хлопець продовжував займатися самоосвітою.

Мати Фарадея, працелюбна і неосвічена жінка, дожила до моменту, коли її син досягнув успіхів та визнання і за правом пишалася ним.

У віці 14 років поступив на навчання до власника книжкової лавки і майстерні, що переплітала книжки. Робота в книжковій майстерні дала йому можливість багато читати.

Важливим етапом в житті Фарадея стали заняття в міській філософській спільноті, де Майкл вечорами слухав науково-популярні лекції з фізики та астрономії, а також брав участь в дискусіях. На лекціях у Фарадея з’явилися нові знайомі, яким він писав багато листів, щоб виробити ясний та лаконічний стиль викладання. Він також навчався прийомам ораторського мистецтва. Одним з улюблених лекторів Фарадея був Гемфрі Деві.

Робота в Королівському інституті

Деві відіграв велику роль у рішенні Фарадея присвятити себе науці. Член лондонської королівської спільноти Дено подарував Фарадею квиток на цикл публічних лекцій знаменитого фізика та хіміка Гемфрі Деві в Королівському інституті. Майкл не лише з інтересом вислухав, але й детально записав і переплів чотири лекції, які надіслав разом з листом професору Деві з проханням взяти його на роботу в Королівський інститут. Цей “сміливий та наївний” поступок, за словами самого Фарадея, мав вирішальний вплив на його долю.

Здивований обширними знаннями юнака, професор вирішив запросити того на роботу, але на той час в інституті не було вакантних місць. Лише через кілька місяців у 1813-му році мрія Фарадея збулася — його було запрошено на місце лаборанта в хімічній лабораторії Королівського інституту, де він пропрацював багато років.

На самому початку цієї діяльності восени того ж року разом з професором та його дружиною він здійснив тривалу подорож по наукових центрах Європи (1813-1815 роки). Ця подорож мала для Фарадея велике значення, оскільки йому вдалося відвідати ряд лабораторій, а також познайомитися з багатьма видатними вченими того часу: А. Ампером, М. Шверелем, Ж. Л. Гей-Люссаком, А. Вольтою та іншими.

Наукова діяльність Фарадея в подальшому проходила у стінах Королівського інституту, де він спочатку допомогав Деві в хімічних експериментах, а пізніше розпочав самостійні дослідження з хімії.

У 1821-му році Фарадей одружився, і, як показує все його подальше життя, був надзвичайно щасливий у шлюбі.

Відкриття Фарадея

До найважливіших відкриттів Фарадея належить одержання бензолу (1825), зрідження хлору (1823) і деяких інших газів. Він здійснив ряд відкриттів у інших галузях фізики, серед яких особливо відомий метод зрідження газів.

Ім’я Фарадея одержало певну вагу в наукових колах: у 1825-му він став директором лабораторії, у 1827-му — професором Королівського інституту. Талановитий експериментатор, наділений науковою інтуїцією, Фарадей поставив ряд дослідів, в яких були відкриті фундаментальні фізичні закони і явища.

Ознайомившись з роботою Християна Ерстеда про відхилення магнітної стрілки поблизу провідника зі струмом (1820), Фарадей зайнявся дослідженням зв’яку між електричними і магнітними явищами і в 1821-му вперше відкрив обертання магніта навколо провідника зі струмом і обертання провідника зі струмом навколо магніта.

Протягом наступних 10-ти років Фарадей намагався «перетворити магнетизм в електрику»; його дослідження завершилося в 1831-му відкриттям електромагнітної індукції. Він детально вивчив явище електромагнітної індукції, вивів її основний закон, з’ясував залежність індукційного струму від магнітних властивостей середовища, дослідив явище самоіндукції і екстраструми замикання та розмикання. Відкриття явища електромагнітної індукції зразу ж набуло великого наукового і практичного значення; воно лягло в основу електротехніки.

Фарадей висловив нові ідеї, які пізніше повністю виправдали себе, стосовно природи струму і магнетизму, механізму провідності у різних середовищах і т.д. Він довів однозначність різних видів електрики: одержаної від тертя, “тваринної”, “магнітної” і т.д.

Фарадей вперше запропонував уявлення про електричне та магнітне поля.

Намагаючись встановити кількістні співвідношення між різними видами електрики, Фарадей розпочав дослідження електролізу, відкрив його закони (1833-34) і ввів термінологію, що збереглася в цій галузі досі. Закони електролізу стали вагомим свідченням на користь дискретності речовини і електрики.

У 1840-му році, ще до відкриття закону збереження енергії, Фарадей висловив думку про єдність «сил» природи (різних видів енергії) та їхнє взаємне перетворення. Він увів уявлення про силові лінії, вважав що вони фізично існуюють. Ідеї Фарадея про електричне і магнітне поля здійснили великий вплив на розвиток всієї фізики. В 1832-му Фарадей висловив думку про те, що поширення електромагнітних взаємодій є хвильовий процес, що відбувається зі скінченною швидкістю.

У 1845-му, досліджуючи магнітні властивості різних матеріалів, Фарадей відкрив явище парамагнетизму і діамагнетизму. У тому ж році він відкрив обертання площини поляризації світла в магнітному полі (ефект Фарадея), це було перше спостереження зв’язку між магнітними і оптичними явищами, які пізніше одержали підтвердження в електромагнітній теорії світла Дж. Максвелла. Фарадею належать перші думки про зв’язок електричних, магнітних та світлових явищ.

Фарадей вивчав також електричні розряди у газах, намагаючись зрозуміти природу електрики.

Відкриття Фарадея завоювали визнання у всьому науковому світі. Вперше ідеї Фарадея «переклав» на загальноприйняту математичну мову Максвелл. У передмові до свого “Трактату з електрики і магнетизму” (1873) він писав: “По мірі того, як я просувався вперед у вивчені Фарадея, я переконався, що його спосіб розуміння явища також має математичний характер, хоча він і не предстає перед нами “вдягненим” в одяг загальноприйнятих математичних формул”.

На честь Фарадея названа одиниця вимірювання ємності — фарад, а також стала Фарадея. З 1977-го по 1996-ий роки ім’я вченого носила британська антарктична станція Фарадей (нині це українська станція, яка носить ім’я Академіка Вернадського).

Благодійні лекції Фарадея

Однак вчений прославився не лише численними відкриттями. Фарадей хотів, щоб його відкриття були зрозумілі навіть тим, хто не отримав спеціальної освіти. Для досягнення своєї мети він зайнявся популяризацією наукових знань.

З 1826-го року Фарадей почав читати свої знамениті різдвяні лекції. Одна із найбільш популярних називалася “Історія свічки з точки зору хімії”. Пізніше вона була видана окремою книгою і стала одним із перших науково-популярних видань у світі.

Ця ініціатива була підхоплена і розвинута багатьма іншими науковими організаціями. Вчений не припиняв наукової діяльності до самої смерті.

Цитати Майкла Фарадея

Не буває нічого занадто фантастичного для того, щоб бути правдою, якщо це співпадає із законами природи.

Існує одна щаслива обставина: якими б не були наші міркування, їм не змінити і не зруйнувати законів природи.

Лектор повинен дати аудиторії всі підстави вірити, що для її задоволення та навчання були докладені всі його сили.

Наука виграє, коли її “крила” розковані фантазією.

Колись, сер, ви обкладете його податком. (У відповідь У.Гладстону, канцлеру казначейства Великобританії на запитання про практичну користь електрики, 1850)

Працюй. Закінчи. Опублікуй.

Чим більше у мене справ, тим більше я навчаюсь.

Я був спершу майже наляканий, побачивши, яка математична потужність була “вилита” на цей предмет, а потім здивований тим, наскільки легко предмет це витримав.

Посилання

Історія відкриття закону електромагнітної індукції. Закон електромагнітної індукції

Новий період у розвитку фізичної науки починається з геніального відкриття Фарадеєм електромагнітної індукції.   Саме в цьому відкритті яскраво проявилася здатність науки збагачувати техніку новими ідеями. Уже сам Фарадей передбачав на основі свого відкриття існування електромагнітних хвиль. 12 березня 1832 він запечатав конверт з написом «Нові погляди, що підлягають в даний час зберігання в запечатаному конверті в архівах Королівського товариства». Цей конверт був розкритий в 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 поширення магнітного впливу потрібен час, т. Е. При впливі магніту на інший віддалений магніт або шматок заліза впливає причина (яку я дозволю собі назвати магнетизмом) поширюється від магнітних тіл поступово і для свого поширення вимагає певного часу , яке, очевидно, виявиться вельми незначним. Я вважаю також, що електрична індукція поширюється точно таким же чином. Я вважаю, що поширення магнітних сил від магнітного полюса схоже на ко лебанія схвильованої водної поверхні або ж на звукові коливання частинок повітря «.

Фарадей розумів всю важливість своєї ідеї і, не маючи можливості перевірити її експериментально, вирішив за допомогою цього конверта «закріпити відкриття за собою і, таким чином, мати право, в разі експериментального підтвердження, оголосити цю дату датою свого відкриття». Отже, 12 березня 1832 р людство вперше прийшло до ідеї існування електромагнітних хвиль.   З цієї дати починається історія відкриття радіо.

Але відкриття Фарадея мало важливе значення не тільки в історії техніки. Воно зробило величезний вплив і на розвиток наукового світогляду. З цього відкриття в фізику входить новий об’єкт — фізичне поле.   Таким чином, відкриття Фарадея належить до тих фундаментальних наукових відкриттів, які залишають помітний слід у всій історії людської культури.

Син лондонського коваля палітурник народився в Лондоні 22 вересня 1791 р Геніальний самоук не мав можливості навіть закінчити початкову школу і проклав шлях в науку сам. Під час навчання палітурної справи він читав книги, особливо з хімії, сам робив хімічні досліди. Слухаючи публічні лекції знаменитого хіміка Деві, він остаточно переконався в тому, що його покликання — наука, і звернувся до нього з проханням прийняти на роботу в Королівський інститут. З 1813 року, коли Фарадей був прийнятий в інститут лаборантом, і до самої смерті (25 серпня 1867 г.) він жив наукою. Уже в 1821 р, коли Фарадей отримав електромагнітне обертання, він поставив собі за мету «перетворити магнетизм в електрику». Десять років пошуків і напруженої праці увінчалися відкриттям 29 серпня 1871 р 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 усунутий за допомогою шнурка. Одна з цих спіралей була сполучена з гальванометром, а інша — з добре зарядженою батареєю із ста пар пластин в чотири квадратні дюйми з подвійними мідними пластинами. При замиканні контакту спостерігалося тимчасове, але дуже слабку дію на гальванометр, і подібне ж слабке дейст віє мало місце при розмиканні контакту з батареєю «. Так описав Фарадей свої перший досвід по індукції струмів. Він назвав цей вид індукції вольта-електричної індукцією. Далі він описує свій основний досвід з залізним кільцем — прототипом сучасного трансформатора.

«З круглого брускового м’якого заліза було зварено кільце; товщина металу дорівнювала семи восьмим дюйма, а зовнішній діаметр кільця — шести дюймам. На одну частину цього кільця були намотані три спіралі містять кожна близько двадцяти чотирьох футів мідного дроту, товщиною в одну двадцяту дюйма. спіралі були ізольовані від заліза і один від одного …, займаючи приблизно дев’ять дюймів по довжині кільця Ними можна було користуватися окремо і в поєднанні; ця група позначена буквою А. На іншу частину кільця було намотано таким же сп собом близько шістдесяти футів такий же мідного дроту в двох шматках, яка утворювала спіраль В, мала однаковий напрямок зі спіралями А, але відокремлену від них на кожному кінці протягом приблизно напівдюйма голим залізом.

Спіраль В з’єднувалася мідними проводами з гальванометром, вміщеному на відстані трьох футів від заліза. Окремі спіралі з’єднувалися кінці з кінцями так, що утворювали загальну спіраль, кінці якої з’єднувалися з батареєю з десяти пар пластин в 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 припинялося. При розмиканні контакту з батареєю стрільця знову сильно відхилялася, але в напрямі, протилежному тому, яке індуковані в першому випадку «.

Фарадей досліджував далі безпосереднім досвідом вплив заліза, вносячи всередину порожнистої котушки залізний стрижень, в цьому випадку «індукований струм надавав на гальванометр дуже сильну дію». «Подібна дія було потім отримано за допомогою звичайних магнітів«. Фарадей назвав цю дію магнітоелектричної індукції,   вважаючи, що природа вольта-електричної і магнітоелектричної індукції однакова.

Всі описані досліди становлять зміст першого і другого розділів класичної праці Фарадея «Експериментальні дослідження з електрики», розпочатого 24 листопада 1831 У третьому розділі цієї серії «Про новий електричному стані матерії» Фарадей вперше намагається описати нові властивості тіл, що проявляються в електромагнітної індукції. Він називає це виявлене ним властивість «електротонічних станом». Це перший зародок ідеї поля, що сформувалася пізніше у Фарадея і вперше точно сформульованої Максвеллом. Четвертий розділ першої серії присвячений поясненню явища Араго. Фарадей правильно зараховує це явище до індукційних і намагається за допомогою цього явища «отримати нове джерело електрики». При русі мідного диска між полюсами магніту він отримав струм в гальванометрі за допомогою ковзних контактів. Це була перша динамо машина. Фарадей резюмує результати своїхдослідів наступними словами: «Цим було показано, таким чином, що можна створити постійний струм електрики за допомогою звичайного магніту». Зі своїх дослідів по індукції в рухомих провідниках Фарадей вивів залежність між полюсними магніту, що рухається провідником і напрямком індукованого струму, т. Е. «Закон, керуючий отриманням електрики за допомогою магнітоелектричної індукції». В результаті своїх досліджень Фарадей встановив, що «здатність індукувати струми проявляється по колу навколо магнітної рівнодіюча або силовий осі точно так, як розташований по окружності магнетизм виникає навколо електричного струму і їм виявляється» *.

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

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

Вивчення явищ електромагнітної індукції, особливо індукційного дії магнітного поля Землі, присвячена також друга серія «Досліджень», зроблена 12 січня 1832 р Третю серію, розпочату 10 січня 1833 р Фарадей присвячує доказу тотожності різних видів електрики: електростатичного, гальванічного, тваринного , магнітоелектричного (т. е. одержуваного за допомогою електромагнітної індукції). Фарадей приходить до висновку, що електрику, що отримується різними способами, якісно однаково, різниця в діях тільки кількісна. Цим було завдано останній удар концепцію різних «флюїдів» смоляного і скляного електрики, гальванизма, тваринної електрики. Електрика виявилося єдиної, але полярної сутністю.

Дуже важлива п’ята серія «Досліджень» Фарадея, розпочата 18 червня 1833 р Тут Фарадей починає свої дослідження електролізу, що призвели його до встановлення знаменитих законів, що носять його ім’я. Дослідження ці були продовжені в сьомий серії, розпочатої 9 січня 1834 р цієї останньої серії Фарадей пропонує нову термінологію: полюса, що підводять струм в електроліт, він пропонує називати електродами,   позитивний електрод називати анодом,   а негативний — катодом,   частинки що відкладає речовини, що йдуть до анода він називає аніонами,   а частки, що йдуть до катода, — катіонами. Далі, йому належать терміни електроліт для розкладаються речовин, іони   і електрохімічні еквіваленти.   Всі ці терміни міцно втрималися в науці. Фарадей робить правильний висновок з віднайдених ним законів, що можна говорити про якийсь абсолютній кількості   електрики, пов’язаному 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, справедливість, в такому ж або в ще більшому невіданні ми перебуваємо щодо електрики, ми навіть не в змозі сказати, чи представляє воно собою особливу матерію або матерії, або ж просто рух звичайного речовини, або ще вид якоїсь сили або агента, тим не менш є величезна кількість фактів, які змушують нас думати, що атоми матерії якимось чином обдаровані е ектріческімі силами або пов’язані з ними і їм вони зобов’язані своїми найбільш чудовими якостями, а в тому числі своїм хімічним спорідненістю один до одного «*.

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

Таким чином, Фарадей чітко висловив ідею «електрифікації» матерії, атомної будови електрики, причому атом електрики, або, як виражається Фарадей, «абсолютна кількість електрики», виявляється «Настільки ж певним за своєю дією,   як будь-яка з тих кількостей,   які, залишаючись пов’язаними з частинками матерії, повідомляють їм їх хімічна спорідненість «.   Елементарний електричний заряд, як показав подальший розвиток фізики, дійсно може бути визначений із законів Фарадея.

Дуже важливе значення мала дев’ята серія «Досліджень» Фарадея. У цій серії, розпочатої 18 грудня 1834 р йшлося про явища самоіндукції, про екстратокі замикання і 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 форми   провідника. Фарадей зазначає, що «екстратокі тотожний з … індукованим струмом» *. В результаті у Фарадея склалося уявлення про досить широкому значенні процесу індукції. В одинадцятій серії своїх досліджень, розпочатої 30 листопада 1837 р він стверджує: «Індукція грає саму загальну роль у всіх електричних явищах, беручи участь, мабуть, в кожному з них, і носить в дійсності риси найпершого і істотного початку» ** . Зокрема, на думку Фарадея, будь-який процес зарядки є процес індукції, зміщення протилежних зарядів: «речовини не можуть бути заряджені абсолютно, а лише відносно, згідно із законом, тотожному з індукцією. Всякий заряд підтримується індукцією. Всі явища напруги   включають початок індукції «***. Сенс цих тверджень Фарадея той, що будь-яке електричне поле (» явище напруги «- по термінології Фарадея) обов’язково супроводжується індукційним процесом в середовищі (» зміщенням «- по пізнішої термінології Максвелла). Цей процес визначається властивостями середовища , її «індуктивної здатністю», по термінології Фарадея, або «діелектричної проникністю», за сучасною термінологією. Фарадей досвідом зі сферичним конденсатором визначив діелектричну проникність ряду речовин по відношенню до повітря у. Ці експерименти зміцнили Фарадея в думки про істотну роль середовища в електромагнітних процесах.

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

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

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

Закон електромагнітної індукції був істотно розвинений російським фізиком Петербурзької Академії Емілієм Христиановичем Ленцем   (1804-1865). 29 листопада 1833 р Ленц доповів Академії наук своє дослідження «Про визначення напрямку гальванічних струмів, порушуваних електродинамічної індукцією». Ленц показав, що магнітоелектрична індукція Фарадея найтіснішим чином пов’язана з електромагнітними силами Ампера. «Положення, за допомогою якого Магнітоелектричний явище зводиться до електромагнітного, полягає в наступному: якщо металевий провідник рухається поблизу від гальванічного струму або магніту, то в ньому порушується гальванічний струм такого напрямку, що якби даний провідник був нерухомим, то струм міг би зумовити його переміщення в протилежну сторону; при цьому передбачається, що спочивають провідник 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 і зіграв важливу роль в роботах Гельмгольца по встановленню закону збереження енергії. Сам Ленц зі свого правила вивів добре відомий в електротехніці принцип оборотності електромагнітних машин: якщо обертати котушку між полюсами магніту, вона генерує струм; навпаки, якщо в неї послати струм, вона буде обертатися. Електродвигун можна перетворити на генератор і навпаки. Вивчаючи дію магнітоелектричних машин, Ленц відкриває в 1847 р реакцію якоря.

У 1842-1843 рр. Ленц зробив класичне дослідження «Про закони виділення тепла електричним струмом» (повідомлено 2 грудня 1842 р опубліковано в 1843 р), розпочату ним задовго до аналогічних дослідів Джоуля (повідомлення Джоуля з’явилося в жовтні 1841 г.) і продовжене їм не дивлячись на публікацію Джоуля, «так як досліди останнього можуть зустріти деякі обгрунтовані заперечення, як це було вже показано нашим колегою паном акад. Гессом» *. Ленц вимірює величину струму за допомогою тангенс-бусолі — приладу, винайденого Гельсінгфорскій професором Іоганном Нервандером (1805-1848), і в першій частині свого повідомлення досліджує цей прилад. У другій частині «Виділення тепла в дротах», почуте 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 і 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, харчуючись від гальванічного елемента з малим опором, підтримував вантаж в 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, і його пріоритет відзначений найменуванням одиниці самоіндукції «Генрі».

У 1842 р Генрі встановив коливальний характер розряду лейденської банки. Тонка скляна голка, за допомогою якої він досліджував це явище, намагнічуватися з різною полярністю, тоді як напрямок розряду залишалося незмінним. «Розряд, як і вона була його природа, — робить висновок Генрі, — не представляється (користуючись теорією Франкліна.- П. К.) одиничним перенесенням невагомого флюїду з однієї обкладки на іншу; виявлене явище змушує нас припустити існування головного розряду в одному напрямку, а потім кілька дивних дій назад і вперед, кожне з яких є більш слабким, ніж попереднє, яке триває до тих пір, поки не настане рівновага «.

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

Електрорушійна сила індукції виражалася у Неймана у вигляді похідної за часом від деякої функції, що індукує струм, і взаємної конфігурації взаємодіючих струмів. Цю функцію Нейман назвав електродинамічним потенціалом.   Він знайшов також вираз для коефіцієнта взаємної індукції. У своєму творі «Про збереження сили» в 1847 р Гельмгольц виводить Неймановская вираз для закону електромагнітної індукції з енергетичних міркувань. У цьому ж творі Гельмгольц стверджує, що розряд конденсатора являє собою «не … простий рух електрики в одному напрямку, але … протягом його то в одну, то в іншу сторону між двох обкладок у вигляді коливань, які робляться все менше і менше, поки, нарешті, вся жива сила не буде знищена сумою опорів «.

У 1853 р Вільям Томсон   (1824-1907) дав математичну теорію коливального розряду конденсатора і 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 індукує розрядкою контуру, що містить батарею конденсаторів і замикає провідники на побічний контур, зі змінною довжиною индуцируемого провідника. У тому ж 1858 р Вільгельм Феддерсен   (1832-1918) спостерігав іскровий розряд лейденської банки в обертовому дзеркалі, а в 1862 році він сфотографував зображення іскрового розряду в обертовому дзеркалі. Тим самим коливальний характер розряду був встановлений з повною очевидністю. Разом з тим експериментально була перевірена формула Томсона. Так крок за кроком створювалося вчення про електричних коливаннях,   що становить науковий фундамент електротехніки змінних струмів і радіотехніки.

2.7. ВІДКРИТТЯ ЯВИЩА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Великий внесок у сучасну електротехніку зробив англійський вчений Майкл Фарадей, праці якого, в свою чергу, були підготовлені попередніми роботами по вивченню електричних і магнітних явищ.

Є щось символічне в тому, що в рік народження М. Фарадея (1791 г.) був опублікований трактат Луїджі Гальвані з першим описом нового фізичного явища — електричного струму, а в рік його смерті (1867 г.) була винайдена «динамомашина» — самозбуджується генератор постійного струму, тобто з’явився надійний, економічний і зручний в експлуатації джерело електричної енергії. Життя великого вченого і його неповторна за своїми методами, змістом та значенням діяльність не тільки відкрили нову главу фізики, а й зіграли вирішальну роль в народженні нових галузей техніки: електротехніки та радіотехніки.

Ось уже понад сто років багато поколінь учнівської молоді на уроках фізики і з численних книг дізнаються історію чудового життя одного з найзнаменитіших вчених, члена 68 наукових товариств і академій. Зазвичай ім’я М. Фарадея пов’язують з найзначнішим і тому найбільш відомим відкриттям — явищем електромагнітної індукції, зробленим ним в 1831 р Але ще за рік до цього, в 1830 р за дослідження в області хімії і електромагнетизму М.Фарадей був обраний почесним членом Петербурзької академії наук, членом же Лондонського Королівського товариства (Британської академії наук) він був обраний ще в 1824 р Починаючи з 1816 р, коли побачила світ перша наукова робота М. Фарадея, присвячена хімічному аналізу тосканської вапна, і по 1831 р коли став публікова ться знаменитий науковий щоденник «Експериментальні дослідження з електрики», М. Фарадеєм було опубліковано понад 60 наукових праць.

Величезне працьовитість, спрага знань, природжений розум і спостережливість дозволили М. Фарадея досягти видатних результатів у всіх тих областях наукових досліджень, до яких звертався вчений. Визнаний «король експериментаторів» любив повторювати: «Мистецтво експериментатора полягає в тому, щоб уміти задавати природі питання і розуміти її відповіді».

Кожне дослідження М. Фарадея відрізнялося такою докладністю і настільки узгоджувалося з попередніми результатами, що серед сучасників майже не знаходилося критиків його робіт.

Якщо виключити з розгляду хімічні дослідження М. Фарадея, які в своїй області також складали епоху (досить згадати про досліди скраплення газів, про відкриття бензолу, бутилену), то всі інші його роботи, на перший погляд іноді розрізнені, як мазки на полотні художника, взяті разом, утворюють дивовижну картину всебічного дослідження двох проблем: взаємоперетворення різних форм енергії і фізичного змісту середовища.

Рис. 2.11. Схема «електромагнітних обертань» (по малюнку Фарадея)

1, 2 — чаші з ртуттю; 3 — рухливий магніт; 4 — нерухомий магніт; 5, 6 — дроти, що йдуть до батареї гальванічних елементів; 7 — мідний стержень; 8 — нерухомий провідник; 9 — рухливий провідник

Роботам М. Фарадея в області електрики поклало початок дослідження так званих електромагнітних обертань. Із серії дослідів Ерстеда, Араго, Ампера, Біо, Савара, проведених в 1820 р, стало відомо не тільки про електромагнетизм, а й про своєрідність взаємодій струму і магніту: тут, як уже зазначалося, діяли не звичні для класичної механіки центральні сили, а сили інші, які прагнули встановити магнітну стрілку перпендикулярно провіднику. М. Фарадей поставив перед собою питання: чи не прагне магніт до безперервного руху навколо провідника стоком? Досвід підтвердив гіпотезу. У 1821 р М. Фарадей дав опис фізичного приладу, схематично представленого на рис. 2.11. У лівому посудині з ртуттю знаходився стрижневий постійний магніт, закріплений шарнірно в нижній частині. При включенні струму його верхня частина оберталася навколо нерухомого провідника. У правому посудині стрижень магніту був нерухомий, а провідник з струмом, вільно підвішений на кронштейні, ковзав по ртуті, здійснюючи обертання навколо полюса магніту. Оскільки в цьому досвіді вперше фігурує Магнітоелектричний пристрій з безперервним рухом, то цілком правомірно почати саме з цього пристрою історію електричних машин взагалі і електродвигуна зокрема. Звернемо також увагу на ртутний контакт, який знайшов згодом застосування в електромеханіки.

Саме з цього моменту, судячи з усього, у М. Фарадея починають складатися уявлення про загальну «взаімопревращаемості сил». Отримавши за допомогою електромагнетизму безперервне механічне рух, він ставить перед собою завдання звернути явище або, за термінологією М. Фарадея, перетворити магнетизм в електрику.

Тільки абсолютна переконаність в справедливості гіпотези про «взаімопревращаемості» може пояснити цілеспрямованість і наполегливість, тисячі дослідів і 10 років напруженої праці, витраченого на рішення сформульованої задачі. У серпні 1831 був зроблений вирішальний досвід, а 24 листопада на засіданні в Королівському суспільстві була викладена сутність явища електромагнітної індукції.

Рис. 2.12. Ілюстрація досвіду Араго ( «магнетизму обертання»)

1 — проводить немагнітний диск; 2 — скляне підставу для кріплення осі диска

Як приклад, що характеризує хід думок вченого і формування його уявлень про електромагнітне поле, розглянемо дослідження М. Фарадеєм явища, що отримало тоді назву «магнетизму обертання». За багато років до робіт М. Фарадея мореплавці помічали гальмівний вплив мідного корпусу компаса на коливання магнітної стрілки. У 1824 р Д.Ф. Араго (див. § 2.5) описав явище «магнетизму обертання», задовільно пояснити яке ні він, ні інші фізики не могли. Сутність явища полягала в наступному (рис. 2.12). Підковоподібний магніт міг обертатися навколо вертикальної осі, а над його полюсами знаходився алюмінієвий або мідний диск, який також міг обертатися на осі, напрямок обертання якої збігалося з напрямком обертання осі магніту. У стані спокою ніяких взаємодій між диском і магнітом не спостерігалося. Але варто було почати обертати магніт, як диск кидався слідом за ним і навпаки. Щоб виключити можливість захоплення диска потоками повітря, магніт і диск були розділені склом.

Відкриття електромагнітної індукції допомогло М. Фарадея пояснити явище Д.Ф. Араго і вже на самому початку дослідження записати: «Я сподівався зробити з досвіду пана Араго нове джерело електрики».

Практично одночасно з М. Фарадеєм електромагнітну індукцію спостерігав видатний американський фізик Джозеф Генрі (1797-1878 рр.). Неважко собі уявити переживання вченого, майбутнього президента американської Національної академії наук, коли він, збираючись опублікувати свої спостереження, дізнався про публікацію М. Фарадея. Рік по тому Д. Генрі відкрив явище самоіндукції і екстратокі, а також встановив залежність індуктивності ланцюга від властивостей матеріалу і конфігурації сердечників котушок. У 1838 р Д. Генрі вивчав «струми вищого порядку», тобто струми, індуковані іншими індукованими струмами. У 1842 р продовження цих досліджень призвело Д. Генрі до відкриття коливального характеру розряду конденсатора (пізніше, в 1847 р, це відкриття повторив видатний німецький фізик Герман Гельмгольц) (1821-1894 рр.).

Звернемося до головних дослідам М. Фарадея. Перша серія дослідів закінчилася експериментом, що демонстрував явище «вольта-електричної» (за термінологією М. Фарадея) індукції (рис. 2.13, а   — г). Виявивши виникнення струму у вторинному ланцюзі 2 при замиканні або розмиканні первинної 1 або при взаємному переміщенні первинної та вторинної ланцюгів (рис. 2.13, в),М. Фарадей поставив експеримент для з’ясування властивостей індукованого струму: всередину спіралі б,включеної у вторинну ланцюг, містилася сталева голка 7 (рис. 2.13, б),яка намагнічується індукованим струмом. Результат говорив про те, що індукований струм подібний току, що отримується безпосередньо від гальванічної батареї 3.

Рис. 2.13. Схеми основних дослідів, що призвели до відкриття електромагнітної індукції

Замінивши дерев’яний або картонний барабан 4, на який намотувалися первинна і вторинна обмотки, сталевим кільцем (рис. 2.13, г), М. Фарадей виявив більш інтенсивне відхилення стрілки гальванометра 5. Даний досвід вказував на істотну роль середовища в електромагнітних процесах. Тут М. Фарадей вперше застосовує пристрій, який можна назвати прототипом трансформатора.

Друга серія дослідів ілюструвала явище електромагнітної індукції, як прагнув при відсутності джерела напруги в первинному ланцюзі. Виходячи з того, що котушка, обтічна струмом, ідентична магніту, М. Фарадей замінив джерело напруги двома постійними магнітами (рис. 2.13, д)і спостерігав струм у вторинній обмотці при замиканні і розмиканні магнітного ланцюга. Це явище він назвав «магнітоелектричної індукції»; пізніше їм було відзначено, що ніякої принципової різниці між «вольта-електричної» і «магнітоелектричної» індукцією немає. Згодом обидва ці явища були об’єднані терміном «електромагнітна індукція». У заключних експериментах (рис. 2.13, е, ж)демонструвалося поява індукованого струму при русі постійного магніту або котушки з струмом всередині соленоїда. Саме цей досвід наочніше інших продемонстрував можливість перетворення «магнетизму в електрику» або, точніше кажучи, механічної енергії в електричну.

На основі нових уявлень М. Фарадей і дав пояснення фізичної сторони досвіду з диском Д.Ф. Араго. Коротко хід його міркувань можна викласти наступним чином. Алюмінієвий (або будь-який інший проводить, але немагнітний) диск можна уявити собі у вигляді колеса з нескінченно великим числом спиць — радіальних провідників. При відносному русі магніту і диска ці спиці-провідники «перерізають магнітні криві» (термінологія Фарадея), і в провідниках виникає індукований струм. Взаємодія ж струму з магнітом було вже відомо. У тлумаченні М. Фарадея звертає на себе увагу термінологія і спосіб пояснення явища. Для визначення напрямку индуктированного струму він вводить правило ножа, перерізав силові лінії. Це ще не закон Е.Х. Ленца, для якого властива універсальність характеристики явища, а тільки спроби щоразу шляхом докладних описів встановити, чи буде струм протікати від рукоятки до кінчика леза або навпаки. Але тут важлива принципова картина: М. Фарадей на противагу прихильникам теорії дальнодействия, заповнює простір, в якому діють різні сили, матеріальним середовищем, ефіром, розвиваючи ефірну теорію Л. Ейлера, який би, в свою чергу, під впливом ідей М.В. Ломоносова.

М. Фарадей надавав магнітним, а потім при дослідженні діелектриків і електричним силовим лініям фізичну реальність, наділяв їх властивістю пружності і знаходив дуже правдоподібні пояснення найрізноманітніших електромагнітних явищ, користуючись уявленням про ці пружних лініях, схожих на гумові нитки.

Минуло понад півтора століття, а ми до сих пір не знайшли більш наочного способу і схеми пояснення явищ, пов’язаних з індукцією і електромеханічними діями, ніж знаменита концепція фарадеевского ліній, які і понині нам представляються матеріально відчутними.

З диска Д.Ф. Араго М. Фарадей дійсно зробив нове джерело електрики. Змусивши обертатися алюмінієвий або мідний диск між полюсами магніту, М. Фарадей наклав на вісь диска і на його периферію щітки.

Таким чином була сконструйована електрична машина, що отримала пізніше найменування униполярного генератора.

При аналізі робіт М. Фарадея чітко проявляється генеральна ідея, яка розроблялася великим вченим всю його творче життя. Читаючи М. Фарадея, важко позбутися враження, що він займався тільки однією проблемою взаємоперетворення різних форм енергії, а всі його відкриття відбувалися між справою і служили лише цілям ілюстрації головної ідеї. Він досліджує різні види електрики (тварина, гальванічне, магнітне, термоелектрика) і, доводячи їх якісну тотожність, відкриває закон електролізу. При цьому електроліз, як і здригання м’язів препарированной жаби, служив спочатку лише доказом того, що всі види електрики проявляються в однакових діях.

Дослідження статичної електрики і явища електростатичної індукції привели М. Фарадея до формування уявлень про діелектриках, до остаточного розриву з теорією дальнодействия, до чудових досліджень розряду в газах (відкриття фарадеевих темного простору). Подальше дослідження взаємодії та взаємоперетворення сил привели його до відкриття магнітного обертання площини поляризації світла, до відкриття діамагнетизму і парамагнетизм. Переконаність у загальності взаємоперетворення змусила М. Фарадея навіть звернутися до дослідження зв’язку між магнетизмом і електрикою, з одного боку, і силою тяжіння, з іншого. Правда, дотепні досліди Фарадея не дали позитивного результату, але це не похитнуло його впевненості в наявності зв’язку між цими явищами.

Біографи М. Фарадея люблять підкреслювати той факт, що М. Фарадей уникав користуватися математикою, що на багатьох сотнях сторінок його «Експериментальних досліджень з електрики» немає жодної математичної формули. У зв’язку з цим доречно навести висловлювання співвітчизника М. Фарадея великого фізика Джеймса Кларка Максвелла (1831-1879 рр.): «Приступивши до вивчення праці Фарадея, я встановив, що його метод розуміння явищ був також математичним, хоча і не представлених у формі звичайних математичних символів. Я також знайшов, що цей метод можна виразити в звичайній математичній формі і, таким чином, порівняти з методами професійних математиків ».

«Математична» мислення Фарадея можна ілюструвати його законами електролізу або, наприклад, формулюванням закону електромагнітної індукції: кількість наведеного в рух електрики прямо пропорційно числу пересічених силових ліній. Досить уявити собі останню формулювання у вигляді математичних символів, і ми негайно отримуємо формулу, з якої дуже швидко слід знамените d? / Dt, де? — магнітне потокозчеплення.

Д.К. Максвелл, який народився в рік відкриття явища електромагнітної індукції, дуже скромно оцінював свої заслуги перед наукою, підкреслюючи, що він лише розвинув і наділив в математичну форму ідеї М. Фарадея. Максвеллову теорію електромагнітного поля по достоїнству оцінили вчені кінця XIX і початку XX ст., Коли на грунті ідей Фарадея — Максвелла почала розвиватися радіотехніка.

Для характеристики прозорливості М. Фарадея, його вміння проникати в глиб найскладніших фізичних явищ важливо нагадати тут, що ще в 1832 р геніальний вчений ризикнув припустити, що електромагнітні процеси носять хвильовий характер, причому магнітні коливання і електрична індукція поширюються з кінцевою швидкістю.

В кінці 1938 року в архівах Лондонського Королівського товариства було виявлено запечатаний лист М. Фарадея, датований 12 березня 1832 р Воно пролежало в безвісності понад 100 років, а в ньому були такі рядки:

«Деякі результати досліджень … привели мене до висновку, що на поширення магнітного впливу потрібен час, тобто при впливі одного магніту на інший віддалений магніт або шматок заліза впливає причина (яку я дозволю собі назвати магнетизмом) поширюється від магнітних тіл поступово і для свого поширення вимагає певного часу, яке, очевидно, виявиться вельми незначним.

Я вважаю також, що електрична індукція поширюється точно таким же чином. Я вважаю, що поширення магнітних сил від магнітного полюса схоже на коливання схвильованої водної поверхні або ж на звукові коливання частинок повітря, тобто я маю намір докласти теорію коливань до магнітних явищ, як це зроблено по відношенню до звуку, і є найбільш вірогідним поясненням світлових явищ.

За аналогією я вважаю можливим застосувати теорію коливань до поширення електричної індукції. Ці погляди я хочу перевірити експериментально, але так як мій час зайнято виконанням службових обов’язків, що може викликати продовження дослідів … я хочу, передаючи цей лист на зберігання Королівському суспільству, закріпити відкриття за собою певною датою … ».

Оскільки ці ідеї М. Фарадея залишалися невідомими, немає ніяких підстав відмовляти великому його співвітчизнику Д.К. Максвеллові у відкритті цих же ідей, яким він надав строгу фізико-математичну форму і фундаментальне значення.

     З книги Дивовижна механіка   автора    Гулиа Нурбій Володимирович

Відкриття стародавнього гончаря Один з найвеличніших міст Межиріччя — древній Ур. Він величезний і багатоликий. Це майже цілу державу. Сади, палаци, майстерні, складні гідротехнічні споруди, культові постройкі.В невеликий гончарної майстерні, на вигляд

   З книги Правила улаштування електроустановок в питаннях і відповідях [Посібник для вивчення і підготовки до перевірки знань]   автора    Красник Валентин Вікторович

Забезпечення електромагнітної сумісності пристроїв зв’язку та телемеханіки Питання. Як виконуються пристрої зв’язку і телемеханіки? Відповідь. Виконуються перешкодозахищеністю зі ступенем, достатньої для забезпечення їх надійної роботи як в нормальних, так і аварійних

   З книги Секретні автомобілі Радянської Армії   автора    Кочнев Євген Дмитрович

Сімейство «Відкриття» (КрАЗ-6315/6316) (1982 — 1991 гг.) В лютому 1976 року вийшла секретне Постанова Радміну і ЦК КПРС про розробку на основних радянських автозаводах сімейств принципово нових важких армійських вантажівок і автопоїздів, виконаних за вимогами

   З книги Шелест гранати   автора    Прищепенко Олександр Борисович

5.19. За що люблять постійні магніти. Саморобний прилад для вимірювання індукції поля. Інший прилад, що позбавляє від мук з розрахунком обмотки Величезною перевагою магнітів було те, що постійне в часі поле не потребувало в синхронізації з вибуховими процесами і

   З книги Нові джерела енергії   автора Фролов Олександр Володимирович

Глава 17 Капілярні явища Окремий клас пристроїв перетворення теплової енергії середовища утворюють численні капілярні машини, що виробляють роботу без витрат палива. Подібних проектів в історії техніки відомо безліч. Складність в тому, що ті ж

   З книги Метал Століття   автора    Миколаїв Григорій Ілліч

Глава 1. ВІДКРИТТЯ ЕЛЕМЕНТА ХОБІ СВЯЩЕНИКА Сім металів давнини, а також сірка і вуглець — ось і все елементи, з якими людство познайомилося за багато тисячоліть свого існування аж до XIII століття нашої ери. Вісім століть тому почався період алхімії. він

   З книги Історія електротехніки   автора    колектив авторів

1.3. ВІДКРИТТЯ НОВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЕЛЕКТРИКИ Одним з перших, хто, познайомившись з книгою В. Гільберта, вирішив отримати більш сильні прояви електричних сил, був відомий винахідник повітряного насоса і досвіду з півкулями магдебурзький бургомістр Отто фон Геріке

   З книги Історія видатних відкриттів і винаходів (електротехніка, електроенергетика, радіоелектроніка)   автора    Шнейберг Ян Абрамович

2.4. ВІДКРИТТЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ДУГИ І ЇЇ ПРАКТИЧНЕ ВИКОРИСТАННЯ Найбільший інтерес з усіх робіт В.В. Петрова представляє відкриття їм в 1802 р явища електричної дуги між двома вугільними електродами, з’єднаними з полюсами створеного ним джерела високого

   З книги автора

2.6. ВІДКРИТТЯ ЯВИЩА ТЕРМОЕЛЕКТРИКИ І ВСТАНОВЛЕННЯ ЗАКОНІВ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА Подальше вивчення явищ електрики і магнетизму привело до відкриття нових фактів .У 1821 р професор Берлінського університету Томас Йоганн Зеєбека (1770-1831 рр.), Займаючись

   З книги автора

3.5. ВІДКРИТТЯ магнітного поля, що І СТВОРЕННЯ АСИНХРОННИХ ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ Початок сучасного етапу в розвитку електротехніки відноситься до 90-х років XIX століття, коли рішення комплексної енергетичної проблеми викликало до життя електропередачу і

   З книги автора

ГЛАВА 5 Відкриття електромагнетизму і створення різноманітних електричних машин, що ознаменували початок електрифікації Відкриття дії «електричного конфлікту» на магнітну стрелкуВ червні 1820 в Копенгагені була видана латинською мовою невелика брошура

Електромагнітна індукція — явище виникнення електричного струму в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, що проходить через нього. Електромагнітна індукція була відкрита Майклом Фарадеєм 29 серпня 1831 року. Він виявив, що електрорушійна сила (ЕРС), що виникає в замкнутому провідному контурі, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену цим контуром. Величина електрорушійної сили не залежить від того, що є причиною зміни потоку — зміна самого магнітного поля або рух контуру (або його частини) в магнітному полі. Електричний струм, викликаний цій ЕРС, називається індукційним струмом.

енциклопедичний YouTube

• 1 / 5

  Відповідно до закону електромагнітної індукції Фарадея (в СІ):

     E \u003d — d Φ B d t (\\ displaystyle (\\ mathcal (E)) \u003d — ((d \\ Phi _ (B)) \\ over dt))     — електрорушійна сила, що діє уздовж довільно обраного контуру,    \u003d ∬ S B → ⋅ d S →, (\\ displaystyle \u003d \\ iint \\ limits _ (S) (\\ vec (B)) \\ cdot d (\\ vec (S)),)   — магнітний потік через поверхню, обмежену цим контуром.

  Знак «мінус» у формулі відображає правило Ленца, Назване так по імені російського фізика Е. Х. Ленца:

  Індукційний струм, що виникає в замкнутому провідному контурі, має такий напрямок, що створюване їм магнітне поле протидіє тому зміни магнітного потоку, яким був викликаний даний струм.

  Для котушки, що знаходиться в змінному магнітному полі, закон Фарадея можна записати в такий спосіб:

     E \u003d — N d Φ B dt \u003d — d Ψ dt (\\ displaystyle (\\ mathcal (E)) \u003d — N ((d \\ Phi _ (B)) \\ over dt) \u003d — ((d \\ Psi) \\ over dt))    E (\\ displaystyle (\\ mathcal (E)))   — електрорушійна сила,    N (\\ displaystyle N)   — число витків,    Φ B (\\ displaystyle \\ Phi _ (B))   — магнітний потік через один виток,    Ψ (\\ displaystyle \\ Psi)   — потокосцепление котушки.

  векторна форма

  У диференціальної формі закон Фарадея можна записати в наступному вигляді:

     rot E → \u003d — ∂ B → ∂ t (\\ displaystyle \\ operatorname (rot) \\, (\\ vec (E)) \u003d — (\\ partial (\\ vec (B)) \\ over \\ partial t))   (В системі СІ)    rot E → \u003d — 1 c ∂ B → ∂ t (\\ displaystyle \\ operatorname (rot) \\, (\\ vec (E)) \u003d — (1 \\ over c) (\\ partial (\\ vec (B)) \\ over \\ (В системі СГС). У інтегральної формі (еквівалентної):

     ∮ ∂ S \u2061 E → ⋅ dl → \u003d — ∂ ∂ t ∫ SB → ⋅ ds → (\\ displaystyle \\ oint _ (\\ partial S) (\\ vec (E)) \\ cdot (\\ vec (dl)) \u003d — ( \\ partial \\ over \\ partial t) \\ int _ (S) (\\ vec (B)) \\ cdot (\\ vec (ds)))

  (СІ){!LANG-2e0f005a96859fbe88033e9ca903c90f!} ∮ ∂ S \u2061 E → ⋅ dl → \u003d — 1 c ∂ ∂ t ∫ SB → ⋅ ds → (\\ displaystyle \\ oint _ (\\ partial S) (\\ vec (E)) \\ cdot (\\ vec (dl)) \u003d — (1 \\ over c) (\\ partial \\ over \\ partial t) \\ int _ (S) (\\ vec (B)) \\ cdot (\\ vec (ds)))   (СГС)

  тут    E → (\\ displaystyle (\\ vec (E)))   — напруженість електричного поля,    B → (\\ displaystyle (\\ vec (B)))   — магнітна індукція,    S (\\ displaystyle S \\)   — довільна поверхня, — її межа. контур інтегрування    ∂ S (\\ displaystyle \\ partial S)   мається на увазі фіксованим (нерухомим).

  Слід зазначити, що закон Фарадея в такій формі, очевидно, описує лише ту частину ЕРС, що виникає при зміні магнітного потоку через контур за рахунок зміни з часом самого поля без зміни (руху) меж контура (про облік останнього див. Нижче).

  Якщо ж, скажімо, магнітне поле постійно, а магнітний потік змінюється внаслідок руху кордонів контуру (наприклад, при збільшенні його площі), то виникає ЕРС породжується силами, які утримують заряди на контурі (в провіднику) і силою Лоренца, яку породжує прямою дією магнітного поля на рухомі (з контуром) заряди. При цьому рівність    E \u003d — d Φ / d t (\\ displaystyle (\\ mathcal (E)) \u003d — ((d \\ Phi) / dt))   зберігається, але ЕРС в лівій частині тепер не зводиться до    ∮ \u2061 E → ⋅ d l → (\\ displaystyle \\ oint (\\ vec (E)) \\ cdot (\\ vec (dl)))   (Яке в даному окремому прикладі взагалі дорівнює нулю). У загальному випадку (коли і магнітне поле змінюється з часом, і контур рухається або змінює форму) остання формула вірна так само, але ЕРС в лівій частині в такому випадку є сума обох доданків, згаданих вище (тобто породжується частково вихровим електричним полем, а частково силою Лоренца і силою реакції рухається провідника).

  потенційна форма

  При вираженні магнітного поля через векторний потенціал закон Фарадея набирає вигляду:

     E → \u003d — ∂ A → ∂ t (\\ displaystyle (\\ vec (E)) \u003d — (\\ partial (\\ vec (A)) \\ over \\ partial t))   (В разі відсутності безвихрового поля, тобто тоді, коли електричне поле породжується повністю тільки зміною магнітного, тобто електромагнітної індукції).

  У загальному випадку, при обліку та безвихрового (наприклад, електростатичного) поля маємо:

     E → \u003d — ∇ φ — ∂ A → ∂ t (\\ displaystyle (\\ vec (E)) \u003d — \\ nabla \\ varphi — (\\ partial (\\ vec (A)) \\ over \\ partial t))

  Детальніше

  Оскільки вектор магнітної індукції по визначенню виражається через векторний потенціал так:

  B → \u003d r o t A → ≡ ∇ × A →, (\\ displaystyle (\\ vec (B)) \u003d rot \\ (\\ vec (A)) \\ equiv \\ nabla \\ times (\\ vec (A)),)

  то можна підставити цей вираз в

     rot E → ≡ ∇ × E → \u003d — ∂ B → ∂ t, (\\ displaystyle rot \\ (\\ vec (E)) \\ equiv \\ nabla \\ times (\\ vec (E)) \u003d — (\\ frac (\\ partial ( \\ vec (B))) (\\ partial t)),)    ∇ × E → \u003d — ∂ (∇ × A →) ∂ t, (\\ displaystyle \\ nabla \\ times (\\ vec (E)) \u003d — (\\ frac (\\ partial (\\ nabla \\ times (\\ vec (A)) )) (\\ partial t)),)

  і, помінявши місцями диференціювання за часом і просторовими координатами (ротор):

     ∇ × E → \u003d — ∇ × ∂ A → ∂ t. (\\ Displaystyle \\ nabla \\ times (\\ vec (E)) \u003d — \\ nabla \\ times (\\ frac (\\ partial (\\ vec (A))) (\\ partial t)).)

  Звідси, оскільки    ∇ × E → (\\ displaystyle \\ nabla \\ times (\\ vec (E)))   повністю визначається правою частиною останнього рівняння, видно, що вихрова частина електричного поля (та частина, яка має ротор, на відміну від безвихрового поля    ∇ φ (\\ displaystyle \\ nabla \\ varphi)) — повністю визначається виразом

     — ∂ A → ∂ t. (\\ Displaystyle — (\\ frac (\\ partial (\\ vec (A))) (\\ partial t)).)

  Тобто в разі відсутності безвихорової частини можна записати

     E → \u003d — ∂ A → ∂ t, (\\ displaystyle (\\ vec (E)) \u003d — (\\ frac (\\ partial (\\ vec (A))) (\\ partial t)),)

  а в загальному випадку

     E → \u003d — ∇ φ — d A → d t. (\\ Displaystyle (\\ vec (E)) \u003d — \\ nabla \\ varphi — (\\ frac (d (\\ vec (A))) (dt)).)    1831 року настав тріумф: він відкрив явище електромагнітної індукції. Установка, на якій Фарадей зробив своє відкриття, полягала в тому, що Фарадей виготовив кільце з м’якого заліза приблизно 2 см шириною і 20 см діаметром і намотав багато витків мідного дроту на кожній половині кільця. Ланцюг однієї обмотки замикала дріт, в її витках перебувала магнітна стрілка, віддалена настільки, щоб не позначалося дію магнетизму, створеного в кільці. Через другу обмотку пропускався струм від батареї гальванічних елементів. При включенні струму магнітна стрілка робила кілька коливань і заспокоювалася; коли струм переривали, стрілка знову коливалася. З’ясувалося, що стрілка відхилялася в одну сторону при включенні струму і в іншу, коли струм переривався. М. Фарадей встановив, що «перетворювати магнетизм в електрику» можна і за допомогою звичайного магніту.

  В цей же час американський фізик Джозеф Генрі також успішно проводив досліди по індукції струмів, але поки він збирався опублікувати результати своїх дослідів, у пресі з’явилося повідомлення М. Фарадея про відкриття ним електромагнітної індукції.

  М. Фарадей прагнув використовувати відкрите їм явище, щоб отримати нове джерело електрики.

  
  У 1821 р Майкл Фарадей записав у своєму щоденнику: «Перетворити магнетизм в електрику». Через 10 років ця задача була їм вирішена.
  відкриття Фарадея
  Не випадково перший і найважливіший крок у відкритті нових властивостей електромагнітних взаємодій був зроблений основоположником уявлень про електромагнітне поле — Фарадеем. Фарадей був упевнений в єдиній природі електричних і магнітних явищ. Незабаром після відкриття Ерстеда він писав: «… є досить незвичайним, щоб, з одного боку, всякий електричний струм супроводжувався магнітним дією відповідної інтенсивності, спрямованим під прямим кутом до току, і щоб в той же час в хороших провідниках електрики, поміщених в сферу цієї дії, зовсім не індукувався ток, не виникало якесь відчутний вплив, еквівалентний по силі такого току ». Наполеглива праця протягом десяти років і віра в успіх привели Фарадея до відкриття, яке згодом лягло в основу пристрою генераторів всіх електростанцій світу, що перетворюють механічну енергію в енергію електричного струму. (Джерела, що працюють на інших принципах: Гальве-нічних елементи, акумулятори, термо- і фотоелементи — дають мізерну частку вироблюваної електричної енер-гии.)
  Довгий час взаємозв’язок електричних і магнітних явищ виявити не вдавалося. Важко було додуматися до головного: тільки мінливий у часі магнітне поле може порушити електричний струм в нерухомій котушці або ж сама котушка повинна рухатися в магнітному полі.
  Відкриття електромагнітної індукції, як назвав Фарадей це явище, було зроблено 29 серпня «1831 р Рідкісний випадок, коли настільки точно відома дата нового чудового відкриття. Ось короткий опис першого досвіду, дане самим Фарадеєм.
  «На широку дерев’яну котушку була намотана мідний дріт довжиною в 203 футів, і між витками її намотана дріт такої ж довжини, але ізольована від першої хлоп-чатобумажной ниткою. Одна з цих спіралей була сполучена з гальванометром, а інша — з сильною батареєю, що складається з 100 пар пластин … При замиканні ланцюга вдалося помітити раптове, але надзвичайно слабку дію на гальванометр, і те ж саме помічалося при припиненні струму. При безперервному ж проходженні струму через одну з спіралей не вдавалося відзначити ні дії на гальванометр, ні взагалі будь-якого індукційного дії на іншу спіраль, несмо- Рис. 5.1
  тря на те що нагрівання всієї спіралі, з’єднаної з батареєю, і яскравість іскри, проскакує між вугіллям, свідчили про потужність батареї ».
  Отже, спочатку була відкрита індукція в нерухомих одна відносно іншої провідниках при замиканні і розмиканні ланцюга. Потім, ясно розуміючи, що зближення або видалення провідників зі струмом повинно приводити до того ж результату, що і замикання і розмикання ланцюга, Фарадей за допомогою дослідів довів, що струм виникає при переміщенні котушок відносно один одного (рис. 5.1). Знайомий з працями Ампера, Фарадей розумів, що магніт — це сукупність маленьких струмів, що циркулюють в молекулах. 17 жовтня, як зареєстровано в його лабораторному журналі, був виявлений індукційний струм в котушці під час вдвіганія (або висування) магніту (рис. 5.2). Протягом одного місяця Фарадей дослідним шляхом відкрив всі суттєво- ні особливості явища електромагнітної індукції. Оста-валось тільки надати закону сувору кількісну форму і повністю розкрити фізичну природу явища.
  Уже сам Фарадей вловив щось спільне, від чого залежить поява індукційного струму в дослідах, які зовні виглядають по-різному.
  У замкнутому провідному контурі виникає струм при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню, обмежену цим контуром. І чим швидше змінюється число ліній магнітної індукції, тим більше виникає струм. При цьому причина зміни числа ліній магнітної індукції абсолютно байдужа. Це може бути і зміна числа ліній магнітної індукції, прони-зувати нерухомий провідник внаслідок зміни сили струму в сусідній котушці, і зміна числа ліній внаслідок руху контуру в неоднорідному магнітному полі, густота ліній якого змінюється в просторі (рис. 5.3).
  Фарадей не тільки відкрив явище, але і першим сконструював недосконалу поки ще модель генератора електричного струму, що перетворює механічну енергію обертання в струм. Це був масивний мідний диск, що обертається між полюсами сильного магніта (рис. 5.4). Приєднавши вісь і край диска до гальванометра, Фарадей виявив відхи-
  В
  \

  \
  \
  \
  \
  \
  \
  \\ L

  S ня стрілки. Струм був, правда, слабкий, але знайдений принцип дозволив згодом побудувати потужні генератори. Без них електрику і по сей день було б мало кому доступною розкішшю.
  У провідному контурі виникає електричний струм, якщо контур знаходиться в змінному магнітному полі або рухається в постійному в часі поле так, що число ліній магнітної індукції, що пронизують контур, змінюється. Це явище називається електромагнітної індукції.

  У підручнику фізики для IX класу дано короткий екскурс в історію відкриття даного закону. Огляд доцільно доповнити. Йдеться про фундаментальному законі природи, і потрібно розкрити всі його сторони в процесі становлення. Розповідь про процес пошуків закону Фарадеем особливо повчальний, і тут не потрібно-шкодувати часу.
  Майкл Фарадей народився в 1791 р в околицях Лондона в сім’ї коваля. Батько не мав коштів для плати за навчання, і Фарадей в 13 років був змушений почати вивчення палітурної справи. На щастя, він потрапив в учні до власника книгарні. Допитливий хлопчик жадібно читав, причому нелегку літературу. Його приваблювали статті з природничих наук в Британській енциклопедії, він студіював «Бесіди про хімії» Марсі. У 1811 р Фарадей почав відвідувати загальнодоступні лекції з фізики відомого лондонського педагога Тетум.
  Поворотним в житті Фарадея був 1812 р Клієнт власника книгарні, член Королівського інституту Денс рекомендував юнакові прослухати лекції знаменитого хіміка Гемфрн Деві. Фарадей пішов доброї поради; він жадібно слухав і ретельно конспектував. За порадою того ж Денс він обробив записи і послав їх Деві, приєднавши прохання про надання можливості дослідницької роботи. У 1813 р Фарадей отримав місце лаборанта в хімічній лабораторії Королівського інституту, якою керував Деві.
  Спочатку Фарадей — хімік. Він швидко стає на шлях самостійного творчості, і самолюбству Деві доводиться часто страждати від успіхів учня. У 1820 р Фарадей дізнається про відкриття Ерстеда, і з цього часу його думки поглинають електрику і магнетизм. Він починає свої знамениті експериментальні дослідження, що призвели до перетворення фізичного мислення. У 1823 р Фарадей був обраний членом Лондонського Королівського товариства, а потім призначений директором фізичної і хімічної лабораторій Королівського інституту. У стінах цих лабораторій були здійснені найбільші відкриття. Життя Фарадея, зовні монотонна, разюча по творчому напрузі. Про нього свідчить тритомний: праця «Експериментальні дослідження з електрики», в якому відображений крок за кроком творчий шлях генія.
  У 1820 р Фарадей ставить принципово нову проблему: «перетворити магнетизм в електрику». Це було невдовзі після відкриття магнітного дії струмів. Під час експерименту Ерстеда електричний струм діє, на магніт. Оскільки, відповідно до Фарадея, всі сили природи взаімопревращаеми, можна, навпаки, магнітної силою порушити електричний струм.
  Фарадей ожіжающего гази, виробляє тонкі хімічні аналізи, відкриває нові хімічні властивості речовин. Але думка його невідступно зайнята поставленою проблемою. У 1822 р він описує спробу виявити «стан», обумовлений перебігом струму: «поляризувати промінь світла від лампи шляхом відображення і спробувати виявити, чи не надасть деполярізуется дію вода, розташована між полюсами, вольтової батареї в скляній посудині …» Фарадей сподівався таким чином отримати якусь інформацію про властивості струму. Але досвід не дав нічого. Далі слід 1825 рік. Фарадей публікує статтю «Електромагнітний струм (під впливом магніту)», в якій висловлює таку думку. Якщо струм діє на магніт, то він повинен відчувати, протидія. «З різних міркувань, — пише Фарадей, — було зроблено припущення, що наближення полюса сильного магніту буде зменшувати електріческійток». І він описує досвід, який реалізує цю ідею.
  У щоденнику від 28 ноябряря 1825 р описаний аналогічний досвід. Батарея гальванічних елементів з’єднувалася проводом. Паралельно цього проводу розташовувався інший (дроти поділялися подвійним шаром паперу), кінці якого приєднувалися до гальванометра. Фарадей міркував, мабуть, так. Якщо струм є рух електричної рідини і цей рух діє на постійний магніт — сукупність струмів (за гіпотезою Ампера), то рухома рідина в одному провіднику повинна змусити рухатися нерухому — в іншому, і гальванометр повинен зафіксувати струм. «Різні міркування», про які писав Фарадей при викладі першого досвіду, зводилися до того ж, тільки там очікувалася реакція рухається в провіднику електричного флюїду з боку молекулярних струмів постійного магніту. Але досліди дали негативний результат.
  Рішення прийшло в 1831 р, коли Фарадей припустив, що індукція повинна виникнути при і нестаціонарному процесі. Це була ключова думка, яка призвела до відкриття явища електромагнітної індукції.
  Можливо, що до ідеї зміни струму змусило звернутися повідомлення, отримане з Америки. Звістка надійшла від американського фізика Джозефа Генрі (1797 — 1878).
  В юні роки Генрі не виявляв ні виняткових здібностей, ні інтересу до науки. Виріс він у злиднях, був наймитом на фермі, актором. Так само, як і Фарадей, він займайся самоосвітою. Вчитися почав з 16 років в академії міста Олбані. За сім місяців він засвоїв стільки знань, що отримав місце вчителя в сільській школі. Потім Генрі працював у професора хімії Бека як лекційного асистента. Роботу він поєднував з навчанням в академії. Після закінчення курсу Генрі був призначений інженером і інспектором на каналі Ері. Через кілька місяців він залишив цю вигідну посаду, прийнявши запрошення на посаду професора математики і фізики в Олбані. В цей час англійський винахідник Вільям Стерджен (1783 — 1850) повідомив про свій винахід подковообразного магніту, здатного підняти сталеве тіло вагою до чотирьох кілограмів.
  Генрі захопився електромагнетизмом. Він відразу ж знайшов спосіб збільшити підйомну силу до тонни. Досягти цього вдалося новим в той час прийомом: замість ізоляції тіла магніту відокремився провід. Відкрився спосіб створення багатошарових обмоток. Ще в 1831 р Генрі показав можливість побудови електродвигуна, винайшов електромагнітне реле, і з його допомогою демонстрував передачу електричних сигналів на відстань, передбачивши винахід Морзе (телеграф Морзе з’явився в 1837 р).
  Подібно Фарадею Генрі поставив перед собою завдання отримати електричний струм за допомогою магніту. Але це була постановка задачі винахідника. І пошуки прямували голою інтуїцією. Відкриття відбулося за кілька років до дослідів Фарадея. Постановка ключового досвіду Генрі зображена на малюнку 9. Тут все так само, як показується досі. Тільки гальванічного елемента ми вважаємо за краще більш зручний акумулятор, а замість крутильних ваг користуємося гальванометром.
  Але Генрі не повідомила про цей досвід нікому. «Мені слід було надрукувати це раніше, — говорив він скрушно своїм друзям, — Але у мене було так мало часу! Хотілося звести отримані результати в якусь систему »(Курсив мій.- В.Д.). І відсутність регулярного освіти і ще більше — утилітарно- винахідницький дух американської науки зіграли погану роль. Генрі, звичайно, не зрозумів і не відчув глибини і важливості нового відкриття. В іншому випадку він, звичайно, сповістив би вчений світ про великого факт. Промовчавши про індукційних дослідах, Генрі відразу ж послав повідомлення, коли йому вдалося підняти електромагнітом цілу тонну.
  Саме це повідомлення і отримав Фарадей. Можливо, воно послужило останньою ланкою в ланцюзі умовиводів, що призвели до ключової ідеї. Під час експерименту 1825 р два дроти відділялися папером. Індукція повинна була бути, але не виявлялася внаслідок слабкості ефекту. Генрі показав, що в електромагніт ефект різко посилюється при застосуванні багатошарової обмотки. Отже, індукція повинна зрости, якщо індуктивне дію буде передаватися по великій довжині. Справді, магніт — збори струмів. Порушення намагнічування в сталевому стрижні при пропущенні струму по обмотці є індукція струму струмом. Вона посилюється, якщо шлях струму по обмотці стає довшим.
  Така можлива ланцюг логічних умовиводів Фарадея. Ось повний опис першого успішного досвіду: «Двісті три фути мідного дроту в одному шматку були намотані на великий дерев’яний барабан; інші двісті три фути такого ж дроту були прокладені у вигляді спіралі між витками першої обмотки, причому металевий контакт був скрізь усунений за допомогою шнурка. Одна з цих спіралей була сполучена з гальванометром, а інша — з добре зарядженою батареєю із ста пар пластин в чотири квадратні дюйми з подвійними мідними пластинками. При замиканні контакту спостерігалося раптове, але дуже слабку дію на гальванометр, і подібне ж слабке дія мала місце при розмиканні контакту з батареєю ».
  Таким був перший досвід, що дав позитивний результат після десятирічних пошуків. Фарадей встановлює, що при замиканні і розмиканні виникають індукційні струми протилежних напрямків. Далі він переходить до вивчення впливу заліза на індукцію.
  «З круглого брускового, м’якого заліза було зварено кільце; товщина металу дорівнювала семи-восьми дюймам, а зовнішній діаметр кільця — шести дюймам. На одну частину цього кільця було намотано три спіралі, кожна з яких містила близько двадцяти чотирьох футів мідного дроту товщиною в одну двадцяту дюйма. Спіралі були ізольовані від заліза і один від одного і накладені одна на іншу … Ними можна було користуватися окремо і в поєднанні; ця група позначена буквою А(Рис. 10). На іншу частину кільця було намотано таким же способом близько шістдесяти футів такий же мідного дроту в двох шматках, що утворили спіраль В,яка мала однаковий напрямок зі спіралями А,але була відокремлена від них на кожному кінці протягом приблизно напівдюйма голим залізом.
  спіраль Вз’єднувалася мідними проводами з гальванометром, поміщеним на відстані трьох футів від кільця. Окремі спіралі Аз’єднувалися кінець з кінцем так, що утворили загальну спіраль, кінці якої були з’єднані з батареєю з десяти пар пластин в чотири квадратні дюйми. Гальванометр реагував негайно, до того ж значно сильніше, ніж це спостерігалося вище, при користуванні вдесятеро потужнішою спіраллю без заліза ».
  Нарешті, Фарадей виробляє досвід, з якого до цих пір зазвичай починають виклад питання про електромагнітної індукції. Це було точне повторення досвіду Генрі, зображеного на малюнку 9.
  Завдання, поставлене Фарадеем в 1820 р, була вирішена: магнетизм був перетворений на електрику.
  Спочатку Фарадей розрізняє індукцію струму від струму (її він називає «вольта-електрична індукція» і струму від магніту ( «магніто-електрична індукція»). Але потім він показує, що всі випадки підпорядковуються одній загальній закономірності.
  Закон електромагнітної індукції охопив і іншу групу явищ, яка отримала згодом назву явищ самоіндукції. Фарадей назвав нове явище так: «Індуктивне вплив електричного струму на самого себе».
  Питання це виникло в зв’язку з наступним фактом, повідомленим Фарадею в 1834 р Дженкина. Факт цей полягав в наступному. Дві пластини гальванічної батареї з’єднуються дротом невеликої довжини. При цьому ніякими хитрощами експериментатору не вдається отримати від цього дроту електричного удару. Але якщо взяти замість дроту обмотку електромагніту, то всякий раз при розмиканні ланцюга відчувається удар. Фарадей писав: «Одночасно спостерігається інше, давно відоме вченим явище,а саме: в місці роз’єднання проскакує яскрава електрична іскра »(курсив мій —   В. Д.).
  Фарадей почав обстеження цих фактів і незабаром відкрив ряд нових сторін явища. Йому знадобилося небагато часу, щоб встановити «тотожність явищ з явищами індукції». Досліди, які до сих пір демонструються і в.средней, і у вищій школі при поясненні явища самоіндукції, були поставлені Фарадеем в 1834 р
  Незалежно аналогічні досліди були поставлені Дж. Генрі, однак, як і досліди по індукції, вони своєчасно не були опубліковані. Причина та ж: Генрі не знайшов фізичної концепції, що охоплює різноманітні за формою явища.
  Для Фарадея самоіндукція була фактом, які освітлювали подальший шлях пошуків. Узагальнюючи спостереження, він приходить до висновків великого принципового значення. «Не підлягає сумніву, що струм в одній частині дроти може діяти шляхом індукції на інші частини того ж самого дроти, що знаходяться поруч … Саме це і створює враження, що струм діє на самого себе».
  Не знаючи природи струму, Фарадей проте точно вказує на суть справи: «Коли струм діє шляхом індукції нарядом з ним розташоване проводить речовина, то, ймовірно, він діє на наявне в цьому провідному речовині електрику, — все одно, чи знаходиться останнім у стані струму або ж воно нерухомо; в першому випадку він посилює або послаблює струм, залежно від його напрямку в другому — створює струм ».
  Математичне вираження закону електромагнітної індукції дав в 1873 р Максвелл в «Трактаті з електрики і магнетизму». Тільки після цього він став основою кількісних розрахунків. Так що закон електромагнітної індукції слід називати законом Фарадея-Максвелла.
  методичні зауваження. Відомо, що порушення індукційного струму в провіднику, що рухається в постійному магнітному полі, і в нерухомому провіднику, який знаходиться в змінному магнітному полі, підкоряється тому ж закону. Для Фарадея і Максвелла це було очевидно, оскільки вони представляли себе лінії магнітної індукції як реальні освіти в ефірі. При включенні і виключенні струму або зміни сили струму навколо провідників, що становлять ланцюг, лінії магнітної індукції переміщаються. При цьому вони перетинають саму ланцюг, обумовлюючи явище самоіндукції. Якщо близько ланцюга із змінним струмом знаходиться будь-якої провідник, то лінії магнітної індукції, перетинаючи його, збуджують ЕРС електромагнітної індукції.
  Матеріалізація силових ліній електричного поля і ліній магнітної індукції стали надбанням історії. Однак було б помилково надавати силовим лініям лише формальний характер. Сучасна фізика вважає, що силова лінія електричного поля і лінія магнітної індукціі- це геометричне місце точок, в яких дане поле має стан, відмінне від стану в інших точках. Цей стан визначається значеннями векторів і в цих точках. При змінах поля вектори і змінюються, відповідно змінюється, конфігурація силових ліній. Стан поля може переміщатися в просторі зі швидкістю світла. Якщо провідник знаходиться в полі, стан якого змінюється, у провіднику збуджується ЕРС.

  Випадок, коли поле постійно, а провідник переміщається в цьому полі, не описується теорією Максвелла. Вперше на це звернув увагу Ейнштейн. Його основна, робота «До електродинаміки рухомих тіл» якраз і починається з обговорення недостатності теорії Максвелла в цьому пункті. Явище збудження ЕРС в провіднику, що рухається е постійному магнітному полі, може бути включено в рамки теорії електромагнітного поля, якщо її доповнити принципом відносності і принципом сталості швидкості світла.

  Рекомендуємо також

Урок № 1. МАГНІТНІ ЯВИЩА. ДОСЛІД ЕРСТЕДА. МАГНІТНЕ ПОЛЕ

Урок № 1. МАГНІТНІ ЯВИЩА. ДОСЛІД ЕРСТЕДА. МАГНІТНЕ ПОЛЕ Ще в глибоку давнину було помічено здатність деяких залізних руд притягувати до себе залізні тіла. Давні греки називали шматки цих руд магнітними каменями, ймовірно, за назвою міста Магнесія, з якого привозили таку руду. Постійні магніти – це тіла, які тривалий час зберігають магнітні властивості. Предмети, що містять у собі залізо, сталь, нікель, чавун або їх сплави, притягуються (феромагнетики). Папір, скло, пластмаса, мідь магнітом не притягуються. Основні властивості постійних магнітів 1. Магнітна дія постійного магніту є різною на різних ділянках його поверхні. Ті ділянки поверхні магніту, де магнітна дія виявляється найсильніше, називають полюсами магніту. 2. Магніт має північний N та південний полюси S. Неможливо одержати магніт тільки з одним полюсом. 3. Однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні — притягуються. 4. У разі нагрівання постійного магніту до певної темпе-ратури його магнітні властивості зникають. Температуру, при досягненні якої постійні магніти втрачають магнітні властивості, називають точкою Кюрі. 2. Дослід Ерстеда Ще вчені Давньої Греції висловлювали припущення, що магнітні й електричні явища якимось чином пов’язані між собою, проте встановити цей зв’язок удалося лише на початку XIX ст.15 лютого 1820 р. данський фізик Г. Ерстед демонстрував студентам дослід із нагріванням провідника електричним струмом. Після замикання ключа, магнітна стрілка, яка була паралельна до провідника, поверталась і розташовувалась перпендикулярно до провідника (напряму струму) Так було з’ясовано, що електричний струм здійснює певну магнітну дію. 3. Досліди Ампера Французький математик і фізик Андре Марі Ампер (1775-1836) уперше почув про досліди Г. Ерстеда 4 вересня 1820 р. і вже за тиждень продемонстрував взаємодію двох паралельно розташованих провідників зі струмом. Схема досліду А. Ампера: Якщо в двох паралельних провідниках течуть струми одного напрямку, провідники притягуються (а). Якщо протилежних напрямків – провідники відштовхуються (б).                                                        Ампер також показав, що котушки, в яких проходить електричний струм, поводяться як постійні магніти: вони притягуються (а) або відштовхуються (б) Ампер був прихильником теорії далекодії та вважав, що магнітна взаємодія здійснюється миттєво крізь навколишній простір, причому простір не бере участі в її передачі.Англійський фізик Майкл Фарадей (1791-1867) запропонував теорію близькодії, з точки зору якої магнітна взаємодія здійснюється з певною швидкістю через магнітне поле. Відповідно до теорії близькодії М. Фарадея: 1) навколо намагніченого тіла та навколо будь-якого рухомого зарядженого тіла або рухомої зарядженої частинки існує магнітне поле; 2) магнітне поле діє на заряджені тіла та частинки, які рухаються в цьому полі; 3) магнітне поле завжди діє на намагнічені тіла (незалежно від того, рухаються ці тіла чи перебувають у стані спокою). Магнітне поле – це форма матерії, яка існує навколо намагнічених тіл, провідників зі струмом, рухомих заряджених тіл і частинок та діє на інші намагнічені тіла, провідники зі струмом, рухомі заряджені тіла й частинки, розташовані в цьому полі. 3. Вчимося розв’язувати задачі. Задача 1. Яким чином можна витягти металеву скріпку з посудини з водою, не опускаючи в неї ніяких предметів? (Можна скористатися магнітом) Задача 2. Магнітну стрілку розташували біля штабового магніту. Який полюс магніту є південним, а який – північним? Задача 3. Магніт південним полюсом підносять до підвішеної на нитці залізної кульки. Що в цьому випадку спостерігатиметься: притягування кульки чи відштовхування? Під дією магнітного поля магніту на ближчому до нього боці кульки створиться північний магнітний полюс, кулька притягнеться до магніту. Задача 4. Чому на постійному магніті можна отримати ланцюжок залізних предметів? Кожен залізний предмет у магнітному полі постійного магніту сам стає магнітом і, у свою чергу, притягує інший залізний предмет – створюється ланцюжок. Задача 5. Є дві однакові сталеві пластинки, одна з яких намагнічена. Як, не використовуючи інших предметів, визначити, яка саме пластинка є намагніченою? Припустимо, що пластина 1 заряджена, 2 – ні. Піднесемо пластинку 1 будь-яким кінцем до середини пластинки 2 – відбудеться притягання. Тепер припустимо, що пластина 1 незаряджена, 2 – заряджена. Піднесемо знов пластинку 1 будь-яким кінцем до середина пластинки 2 – притягання не відбудеться. 4. Запитання на закріплення вивченого. 1. Назвіть основні властивості постійних магнітів. 2. Опишіть дослід Г. Ерстеда. У чому суть його відкриття?  3. Опишіть досліди А. Ампера. Що вони доводять? 4. Біля яких об’єктів існує магнітне поле? На які об’єкти воно діє?  5. Дайте означення магнітного поля. 5. Домашнє завдання.

Майкл Фарадей | Институт истории науки

Будучи молодым человеком в Лондоне, Майкл Фарадей посещал научные лекции великого сэра Хамфри Дэви. Он продолжил работать на Дэви и стал самостоятельным влиятельным ученым. Фарадей был наиболее известен своим вкладом в понимание электричества и электрохимии.

Ученичество у Хэмфри Дэви

Сын бедной и очень религиозной семьи, Фарадей (1791–1867) не получил формального образования.Однако он поступил в переплетную мастерскую в Лондоне и прочитал многие из книг, привезенных туда для переплета, в том числе раздел «электричество» в Британской энциклопедии и «Беседы по химии » Джейн Марсет . Он также был среди молодых лондонцев, которые проявляли интерес к науке, собираясь послушать выступления в Городском философском обществе.

Один из клиентов переплетчика подарил Фарадею бесплатные билеты на лекции сэра Хэмфри Дэви в Королевском институте, и после посещения Фарадей задумал работать на великого ученого.На основании тщательно сделанных Фарадеем записей лекций Дэви, он был нанят Дэви в 1813 году. Его первым заданием было сопровождать сэра Хамфри и его жену в поездке по континенту, во время которой ему иногда приходилось быть личным слугой леди Дэви.

Открытие бензола и другие эксперименты

Вернувшись в Англию, Фарадей развивался как аналитик и химик-практик. По мере того, как его химические способности увеличивались, на него возлагалось больше ответственности. В 1825 году он заменил тяжело больного Дэви в его обязанностях руководить лабораторией Королевского института.В 1833 году он был назначен на фуллеровскую профессуру химии — специальную исследовательскую кафедру, созданную для него. Среди других достижений Фарадей сжижал различные газы, в том числе хлор и углекислый газ. Его исследование нагревательных и осветительных масел привело к открытию бензола и других углеводородов, и он подробно экспериментировал с различными стальными сплавами и оптическими стеклами (подробнее о бензоле см. Август Кекуле и Арчибальд Скотт Купер).

Два закона электролиза Фарадея

Фарадей наиболее известен своим вкладом в понимание электричества и электрохимии.В этой работе он руководствовался своей верой в единообразие природы и взаимопревращаемость различных сил, которые он изначально задумал как силовые поля. В 1821 году ему удалось создать механическое движение с помощью постоянного магнита и электрического тока — предка электродвигателя. Десять лет спустя он преобразовал магнитную силу в электрическую, и изобрел первый в мире электрический генератор.

В ходе доказательства идентичности электричества, производимого различными способами, Фарадей открыл два закона электролиза: величина химического изменения или разложения точно пропорциональна количеству электричества, которое проходит в растворе, и количеству осаждаемых различных веществ. или растворенные тем же количеством электричества, пропорциональны их химическому эквивалентному весу.В 1833 году он и классик Уильям Уэвелл разработали новую номенклатуру электрохимических явлений, основанную на греческих словах, которые более или менее используются и сегодня: ion , электрод и так далее.

Свет и магнетизм

Фарадей пережил нервный срыв в 1839 году, но в конце концов вернулся к своим электромагнитным исследованиям, на этот раз о взаимосвязи между светом и магнетизмом. Хотя Фарадей не мог выразить свои теории в математических терминах, его идеи легли в основу электромагнитных уравнений, разработанных Джеймсом Клерком Максвеллом в 1850-х и 1860-х годах.

В отличие от Дэви, Фарадей на протяжении всей жизни был известен как добрый и скромный человек, не заботящийся о почестях и стремящийся практиковать свою науку в меру своих способностей.

Информация, содержащаяся в этой биографии, последний раз обновлялась 5 декабря 2017 года.

Майкл Фарадей — Биография »Электроника

Майкл Фарадей был одним из величайших ученых всех времен, но он не получил формального образования — за свою жизнь он сделал много открытий, связанных с наукой об электричестве и химией.

---

Майкл Фарадей Биография включает:
Майкл Фарадей Открытия и изобретения Факты и цитаты

---

Майкл Фарадей, которого называли отцом электротехники и величайшим ученым своего времени, происходил из скромных семей и не получил формального образования. За свою жизнь Фарадей достиг многого во многих сферах научных открытий, будучи блестящим и харизматичным лектором.

Майкл Фарадей наиболее известен тем, что сформулировал законы электромагнитной индукции и заложил основы, необходимые для производства электродвигателей, динамо-машин и трансформаторов.Вдобавок к этому он разработал законы электролиза, был первым, кто сжижил хлор, выделил бензол, а также открыл магнитооптические эффекты. Несмотря на все это, он был глубоко религиозным и скромным человеком, чьи научные знания и религиозные верования находились в гармонии.

История Майкла Фарадея, выходца из скромного происхождения и малообразованного, показывает, как можно достичь великих целей даже без высококлассного образования.

Статуя Майкла Фарадея возле IET, Лондон, Великобритания

Рождение Фарадея

Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в Ньюингтон-Баттс, районе, который сейчас покрывают Слон и Замок, к югу от реки Темзы в Лондоне.Его отец, Джеймс Фарадей, был кузнецом из Уэстморленда, но за несколько лет до рождения Фарадея переехал в Лондон.

Отец Фарадея также был членом сандеманской секты христианской церкви, и это оказало глубокое влияние на взрослую жизнь Майкла Фарадея. Мало того, что сандеманиане были строгими христианами, они также поощряли своих членов к чтению — было важно уметь читать Библию. Соответственно, Фарадей стал заядлым читателем, что позволило ему позже заняться самообразованием.

В школе молодой Майкл Фарадей только изучил основы чтения, письма и арифметики, а затем, в возрасте четырнадцати лет в 1805 году, он был отдан в ученики Джорджу Рейбау переплетчику. Здесь он смог прочитать много книг и повысить уровень своего образования. Он прочитал много научных книг, а также повторил многие эксперименты самостоятельно, даже построив свою собственную электростатическую машину. Он также вступил в Городское философское общество в 1810 году, место, где он должен был прочитать свои первые лекции.Осознавая свою потребность в самосовершенствовании, он убедил друга обучать его грамматике два часа в неделю, и этот план длился семь лет!

В 1812 году покупатель, зашедший в книжный магазин, где работал Фарадей, спросил его, не хочет ли он билеты на лекции сэра Хамфри Дэви из Королевского института — в то время Дэви был одним из ведущих ученых мира. Он посещал лекции и делал подробные записи, даже связывал их и отправлял копию Дэви.Это привело к тому, что Дэви попросил Фарадея делать записи для него после того, как Дэви был после того, как эксперимент пошел не так, и он не мог писать в течение короткого времени.

Фарадей был настолько увлечен всеми научными экспериментами, что он сам начал экспериментировать, построив гальваническую батарею и разложив несколько солей так, как это сделал сэр Хамфри Дэви.

Позже в том же году он подал заявку на должность Дэви, но у Дэви не было вакансий. Однако в начале 1813 года химический помощник Дэви был вовлечен в драку в главном лекционном зале Королевского института и был уволен.Дэви вспомнил Фарадея и пригласил его на собеседование, после чего предложил ему эту должность.

Первоначально Майкл Фарадей работал под началом Дэви, а затем под его началом Уильям Бранд. Однако между 1813 и 1815 годами он сопровождал Дэви в качестве своего помощника в научном путешествии по континенту. Поскольку Великобритания и Франция находились в состоянии войны, разрешение нужно было получить от самого Наполеона. Это означало, что они отправились в путешествие по Европе, посетив Париж, Италию, Швейцарию, Афины и Константинополь.Во время путешествия они встретились с Андре Мари Ампером в Париже и стареющим Алессандро Вольтой в Милане. По возвращении в Англию в апреле 1815 года Майкл Фарадей возобновил свою работу в Королевском институте.

Несмотря на то, что поездка была во многих отношениях очень успешной, она не была приятной, так как ожидалось, что он будет личным слугой Дэви, а также его жены, которая не особенно хорошо относилась к Фарадею.

Переход к электричеству

В 1820 году датский философ Ганс Кристиан Эрстед открыл электромагнетизм.Он показал, что когда электрический ток пропускается через провод рядом с вращающейся магнитной иглой, он отклоняется, указывая на то, что протекающий ток вызывает создание магнитного поля.

Фарадей проявил интерес к открытию Эрстеда, потому что в то время считалось, что электричество связано с химией. Он провел дальнейшее расследование. В одном из экспериментов, проведенных в 1821 году, он пропустил ток через провод, который находился в магнитном поле сильного подковообразного магнита, и обнаружил, что провод движется.Хотя сегодня это очевидно, это было важной вехой в понимании электричества и магнетизма и принесло ему значительную известность. Это означало, что теперь открыт путь для создания механического движения с помощью магнетизма и электрического тока.

После этого Майкл Фарадей вернулся к своим химическим исследованиям, и только через десять лет он внесет какой-либо вклад в науку об электричестве. В 1823 году ему удалось сжижить хлор, а затем в 1825 году он открыл химическое вещество, которое он назвал «бикарбютом водорода», но сегодня известен как бензол.Он также потратил много лет на изготовление и исследование оптического стекла.

Химическое представление бензола, выделенное Майклом Фарадеем

С тех пор, как он посещал Городское философское общество, Фарадей всегда любил лекции. Он также был очень одаренным лектором и верил в возможность делиться своими знаниями и удивляться науке своего окружения. Соответственно, в 1826 году он основал «Пятничный вечер», а позже в том же году начал рождественские лекции.Оба эти мероприятия продолжаются по сей день, рождественские лекции транслируются по телевидению. Фарадей активно участвовал в обоих, прочитав в общей сложности 123 пятничных лекций и 19 рождественских лекций.

Всякий раз, когда Фарадей читал лекции, аудитория была заполнена, что указывало на его огромную популярность и, как и многие другие его достижения, это было результатом большой практики и усилий. Однако в одной из лекций было записано, что пожилой джентльмен в первом ряду заснул и громко храпел. Фарадей замолчал, и постепенно раздались аплодисменты.Пожилой джентльмен проснулся и к всеобщему веселью присоединился к аплодисментам. Затем Фарадей возобновил свою речь.

Электромагнитные работы возобновляются

Хотя работа Фарадея была сосредоточена на других исследованиях, идея электромагнетизма никогда не уходила далеко от него. Действительно, в его записях от 1821 года есть слова «Преобразуйте магнетизм в электричество», и в последующие годы он периодически проводил несколько экспериментов, но безуспешно. Затем в 1831 году он полностью сосредоточил свои усилия на электромагнетизме.Всего за десять дней ему удалось открыть принципы электромагнитной индукции, хотя спустя несколько лет он усовершенствовал эту работу. До этого времени люди думали, что магнитная сила может быть преобразована в электричество. Именно Майкл Фарадей продемонстрировал, что магнитный поток вокруг провода должен измениться до того, как протечет какой-либо индуцированный ток.

Хотя Эрстедт и другие показали, что электрический ток может создавать магнитное поле, Фарадей смог продемонстрировать обратное, когда магниты, движущиеся вблизи проводника, могут производить электрический ток.

Его самый известный эксперимент состоял из ферритового кольца, на котором были две отдельные обмотки изолированного провода. К одному была подключена батарея, а к другому — гальванометр. Только при подключении или отключении аккумулятора гальванометр отклонялся. Во втором эксперименте Фарадей поместил вращающийся медный диск между полюсами большого постоянного магнита. Он показал, что ток может быть получен в проводнике, простирающемся от оси диска к его краю.

В некоторых экспериментах со статическим электричеством он развил аналогичную идею электрических силовых линий и провел множество экспериментов, касающихся диэлектриков и непроводящих материалов.На основе этой работы он развил идею того, что он назвал удельной индуктивной емкостью, или того, что мы знаем сегодня как диэлектрическая проницаемость.

Именно в этот период, с 1832 по 1834 год, точнее, Фарадей предпринял свои работы по электрохимическому действию. Он придумал любимые школьниками слова «электрод, катод, анод и ион», чтобы назвать только пять.

Работа по электромагнетизму и электростатике была в центре его работы большую часть времени, и он подвергал себя значительному давлению, чтобы завершить ее.К сожалению, это сказалось на его здоровье и, в сочетании с тем фактом, что он также стал старейшиной в своей церкви, в начале 1840-х годов резко упал уровень его исследовательской работы и его чтения лекций.

Возобновление работы

Примерно в 1844 году Майкл Фарадей начал еще один период работы. Это должно было быть его последним, и главным открытием было то, что он смог вращать плоскость поляризации света, проходящего через какое-то тяжелое стекло, которое находилось в магнитном поле мощного электромагнита.При включении и выключении электромагнита состояние поляризации света менялось.

С этими и другими наблюдениями Фарадей прочитал в апреле 1846 года большую лекцию под названием «Мысли о лучевых вибрациях». Это легло в основу теории электромагнетизма Фарадея, которую он разработал в последующие годы. Этой работой позже занялся Джеймс Клерк Максвелл, который разработал свои знаменитые уравнения, описывающие электромагнитные волны, которые, в свою очередь, привели к физическому открытию радиоволн.

Последние годы Фарадея

Ввиду его огромного вклада в науку королевы Виктории, британский монарх в 1858 году предложил ему коттедж в Хэмптон-корте, который он принял. Ему также предложили рыцарское звание, от которого он отказался.

С возрастом плохое здоровье сказалось на нем, и он страдал от многих проблем, связанных с деменцией. Его способности к рассуждению были не так хороши, как раньше, и он страдал от потери памяти.

Понимая, что он не может поддерживать свой первоначальный темп работы, он начал отходить от своих многочисленных обязательств примерно с 1860 года.Хотя он все еще интересовался наукой, он довольствовался более спокойной жизнью. Однако шесть лет спустя, в 1864 году, ему предложили пост президента Королевского института. Скромный человек, он был шокирован тем, что его даже рассматривают на этот пост, и отказался.

К сожалению, Фарадей умер три года спустя, 25 августа 1867 года, и был похоронен на участке Сандеманиана на кладбище Хайгейт вместе со своей женой Сарой. При жизни он отклонил предложение о месте захоронения в Вестминстерском аббатстве.Здесь похоронены только самые великие люди британского общества — короли, королевы и Исаак Ньютон.

Вспомнил Фарадея

Он известен огромным количеством сделанных им открытий и их важностью, но при этом он был скромным и очень серьезно относился к своей христианской вере. При этом он жертвовал часть своего дохода церкви, а также проводил время, навещая больных.

Он тоже был теплым персонажем, но в некоторых случаях мог быть вспыльчивым.Обычно он держал свой темперамент под контролем, направляя его в свою работу, где он проявлялся в действительно замечательном уровне производительности. Еще у него было хорошее чувство юмора. Однажды, когда он объяснял свое открытие Гладстону, который в то время был канцлером, его спросили: «Но в конце концов, какая в этом польза?» Фарадей быстро ответил, сказав: «Сэр, есть большая вероятность, что вы сможете обложить налогом».

Сегодня Майкла Фарадея вспоминают как поистине замечательного ученого. Неустанно работая на деревянной скамье с грубыми приборами, он открыл многие фундаментальные законы электротехники.Он также обладал редким даром настоящего гения в сочетании со способностью ясно описывать свои идеи и вызывать энтузиазм.

Единица емкости названа в его честь как дань уважения. Термин «фарад» первоначально использовался Латимером Кларком и Чарльзом Брайтом в 1861 году как единица заряда, а затем как единица емкости. Затем Международный конгресс электриков официально принял фарад в качестве единицы емкости на своем конгрессе, состоявшемся в Париже в 1881 году.

Сегодня Майкла Фарадея помнят как настоящего гения — одного из великих пионеров науки наряду с такими, как Ньютон и многие другие, — настоящее достижение для человека с небольшим формальным образованием.

Более известные ученые в области электроники и радио:
Вольта Ампер Армстронг Appleton Бэббидж Bardeen Браттейн Эдисон Фарадей R A Fessenden Флеминг Хевисайд Герц Ом Эрстед Гаусс Хеди Ламарр Домик Маркони Максвелл Морс H J Раунд Шокли Тесла
Вернуться в меню истории.. .

Настоящий научный герой, стоящий за электромагнетизмом

Без работы Майкла Фарадея у нас не было бы Тесла или почти любой современной механической вещи в этом отношении. Работы и изобретения Фарадея в области электричества навсегда изменили мир.

Фарадей — изобретатель электролиза, воздушных шаров, электродвигателей, генераторов, динамо-машин и многого другого. Если бы вы не знали о работе Фарадея, вы могли бы хотя бы узнать его по клетке, в которой находится его тезка, клетке Фарадея.

Он был очень влиятельным британским ученым, который частично превратил электричество в нечто, что можно было использовать для работы. В свое время он был известным химиком и физиком, который создал значительный объем работ и экспериментов, которые в конечном итоге привели к нашему современному пониманию электромагнетизма.

Чтобы понять масштабы интеллекта и достижений Майкла Фарадея, давайте оглянемся на его жизнь и работу.

Кстати, знаете ли вы, что Альберт Эйнштейн на самом деле хранил фотографии трех ученых в своем офисе? Исаак Ньютон, Джеймс Клерк Максвелл и, да вы уже догадались, Майкл Фарадей.

Где все началось для Фарадея

Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в относительно бедной семье в деревушке Ньюингтон, графство Суррей. Позднее Ньюингтон был поглощен югом Лондона. Его отец был кузнецом, который переехал с севера Англии в поисках работы ранее, в 1791 году.

Его мать была скромной крестьянкой, которая эмоционально поддерживала свою семью на протяжении всего их очень трудного воспитания. Майкл был одним из четырех детей, которым иногда было трудно насытиться.Их отец часто болел и был нетрудоспособен. Стабильный запас еды был для семьи Фарадеев непростой задачей.

Майкл Фарадей позже расскажет, как ему дали одну буханку хлеба, которой хватило бы на целую неделю. И вы думаете, что у вас все плохо ?! Его семья принадлежала к небольшой христианской секте. Эта секта оказывала ему существенную духовную и эмоциональную поддержку на протяжении всей его жизни.

В детстве Фарадей цеплялся за любопытство, чтобы справиться с ним, никогда не отпускал свою детскую потребность понять, почему, и желание понять больше о том, как все работает. История, напоминающая многих инженеров.

Интересно, что его раннее образование действительно было очень элементарным. Он получил только основы, такие как обучение чтению, письму и шифрованию в местной воскресной школе. Его первым занятием был разносчик газет для местного книжного торговца и переплетчика. В 14 лет он даже начал с ним стажировку, которую продолжил в течение следующих 7 лет.

Источник: Лондонский королевский институт

Однако Фарадей отличался от своих собратьев-учеников.Фарадей находил время, чтобы прочитать некоторые книги, которые он переплетал. Майкл рассказывал, что одна конкретная статья об электричестве в третьем издании Британской энциклопедии особенно захватила его воображение. На него также сильно повлияла книга Джейн Марсет « Беседы по химии ».

Мистер Фарадей даже начал бы экспериментировать в этом нежном возрасте. Он фактически построил слабую гальваническую батарею, через которую он будет проводить домашние эксперименты по электрохимии.

Итак, используя свое относительно скромное образование, Фарадей смог самообучиться и стал одним из величайших ученых мира.

Когда он был намного старше, он регулярно слушал лекции сэра Хэмфри Дэви, химика, который выделил ряд элементов, таких как калий и натрий.

Фарадей сидел, поглощенный всем происходящим, и делал подробные записи.

Фактически, они были настолько полными, что он даже послал Дэви 300-страничный документ, который служил официальными примечаниями к лекциям.Он также взял на себя смелость приложить к этому письмо с просьбой о приеме на работу.

«Не спрашивайте, не понимайте», мы уважаем этого мистера Фарадея.

Дэви был явно впечатлен, но быстро и любезно отверг молодого Фарадея, так как в настоящее время у него не было открытых вакансий. Но он не забыл молодого человека. Как только одного из его помощников уволили за драку, он быстро предложил эту должность Майклу.

Он, конечно, ухватился за возможность и оказался в завидном положении, помогая и изучая химию у одного из величайших практиков того времени.О Дэви часто в шутку говорят, что, оглядываясь назад, Фарадей был его величайшим открытием.

Первые работы Фарадея в области химии

Фарадей впервые присоединился к Дэви в лаборатории в 1812 году в возрасте 21 года. Это было отличной возможностью для Фарадея в начале его карьеры, поскольку Дэви был одним из лучших химиков своего времени.

Первым проектом, над которым работали вместе, была интерпретация молекулярной структуры различных химических веществ. Эта ранняя работа многому научила Фарадея об элементарных принципах работы электричества.

В то время, когда Майкл Фарадей присоединился к команде Дэви, он находился в процессе переворота нынешнего мышления в химии того времени. Антуан-Лоран Лавуазье, основатель современной химии, завершил реформы химических знаний и настаивал на некоторых основных принципах для будущих химиков.

Среди них, хотя их было много, было то, что кислород был уникальным элементом. Он также утверждал, что это единственное средство, способствующее горению, и, что немаловажно, основа всех кислот.

Дэви удалось изолировать натрий и калий, фактически обнаружив их, используя мощный ток от гальванической батареи. Батарея использовалась для разложения оксидов этих элементов, а также для разложения соляной кислоты, которая является одной из самых сильных известных кислот.

Этот процесс привел к выделению водорода и некоторого странного зеленого газа. Этот зеленый газ, казалось, поддерживает горение и выделяет кислоту в сочетании с водой.

Фарадей работал с Дэви до 1820 года, который к тому времени сам Фарадей стал одним из самых выдающихся химиков того времени.

По сути, он выучил все, что стоило узнать о химии в то время. Его труды под руководством Дэви дали ему огромный опыт в проведении химических анализов и лабораторных методов. Теперь он был настоящим экспериментатором.

Майкл также развил свои собственные теоретические взгляды до такой степени, что теперь они будут руководить им в его собственной работе. Он объединит все, что узнал за время, проведенное с Дэви, и шокирует научный мир своими открытиями.

Майкл Фарадей отправился в путь самостоятельно и вскоре снискал себе славу среди сверстников. Он заработал безупречную репутацию химика-аналитика, и его часто вызывали в качестве свидетеля-эксперта на судебных процессах. Он также приобрел клиентуру, финансовая поддержка которой помогла Королевскому институту.

В 1820 году он сделал несколько замечательных открытий, по крайней мере, для химиков. Ему удалось создать первые известные соединения хлора и углерода C ₂ CL ₆ и C ₂ CL ₄ .Он получил их, заменив хлор и водород в «олефиантном газе», также известном как этилен. Это были первые индуцированные реакции замещения, которые позже бросили вызов доминирующей теории химического сочетания, предложенной Джонсом Якобом Берцелиусом.

Магнитная лаборатория Фарадея, Источник: Королевский институт Лондона

Он женился на женщине по имени Сара Барнард в 1821 году и поселился в Королевском институте в Лондоне. Его основная цель заключалась в проведении экспериментов и исследований в области магнетизма и электричества.

Подход Фарадея к электричеству в то время был уникальным для его коллег. Он визуализировал электричество как вибрацию, а не как поток, и эта концепция помогла ему сделать открытия в области электромагнетизма.

Его первым открытием в Королевском институте было открытие устройств, которые могли производить электромагнитное вращение или круговое движение за счет магнитных сил, окружающих провод.

В 1825 году Майкл работал над освещением газов и преуспел в выделении и описании того, что позже стало известно как бензол.Примерно в это же время он также помог заложить основы металлургии и металлографии, проводя исследования стальных сплавов.

Он также работал по заданию Лондонского королевского общества по улучшению качества очков и телескопов. Ему удалось получить очень высокий показатель преломления, который позже, в 1845 году, помог ему открыть диамагнетизм.

Дальнейшие работы Фарадея в области электромагнетизма и электролиза

Фарадей открыл электромагнитную индукцию, процесс создания электродвижущих сил в проводниках из-за магнитных полей.Если это звонит в колокол, так работают генераторы и электродвигатели.

Ганс Кристиан Эрстед в 1820 году обнаружил, что при пропускании электрического тока через провод создается магнитное поле. Его находки были поддержаны Андре-Мари Ампером, который показал, что магнитная сила, по-видимому, также является круговой силой. Ампер, по сути, показал, что магнитное поле, по-видимому, образует цилиндр вокруг проволоки. Это было впервые в истории.

Фарадей почти интуитивно понимал, что это означает.Он отметил, что если полюс можно изолировать, он должен постоянно вращаться вокруг токоведущего провода. Помня эту гипотезу в сочетании со своим гением экспериментирования, он решил доказать это с помощью своего собственного аппарата.

Его устройство преобразовало электрическую энергию в механическую. Майкл Фарадей только что создал первый в мире электродвигатель.

Фарадей работал над дальнейшим развитием своих идей и знаний в области электромагнетизма, создав в 1831 году нечто, называемое индукционным кольцом.Это устройство было по сути трансформатором, который вырабатывал электричество в одном проводе за счет магнитных сил другого провода.

Это было новаторским в то время.

Майкл реализует свои идеи

Фарадей, конечно, не остановился на достигнутом. Он начал смотреть на более широкую картину и размышлять о природе электричества в целом. В отличие от большинства своих современников в этой области в то время, Фарадей был убежден, что электричество не является материальной жидкостью, протекающей по проводам, как вода в трубе.

Вместо этого он настаивал на том, что это должна быть вибрация или сила, которая каким-то образом перемещается по проводам в результате натяжения, создаваемого в проводнике. Один из его первых экспериментов после двигателя состоял в том, чтобы пропустить луч поляризованного света через разлагающийся электрохимический раствор.

Идея заключалась в том, чтобы обнаружить межмолекулярные деформации, которые, как он постулировал, должны происходить в присутствии электрического тока. Он продолжал возвращаться к этой идее в течение 1820-х годов, но, к сожалению, безрезультатно.

В начале 1830-х годов Майкл Фарадей попытался определить, как возникает индуцированный ток. Основываясь на своем первоначальном эксперименте с использованием электромагнита, он теперь попробовал использовать постоянный магнит.

Его эксперименты показали, что перемещение магнита внутрь и наружу катушки с проволокой на самом деле вызывает ток. Фарадей также уже знал, что магнитное поле становится видимым с помощью железных опилок, насыпанных на бумагу или карту, удерживаемую над магнитом.

Он связал «силовые линии», отображаемые опилками, должны быть теми линиями напряжения в среде, в воздухе, как он ранее постулировал.

Вскоре он обнаружит закон, определяющий производство электрических токов магнитами. А именно, величина тока зависела от количества силовых линий, прорезанных проводником в единицу времени.

Фарадей быстро развил это, осознав, что он может производить непрерывный ток, вращая медный диск между полюсами магнита. Ток можно «отвести», сняв провода с обода и центра диска. Фактически это была самая первая динамо-машина.

Это был прямой предок современных электродвигателей, хотя и по тому же принципу, но в обратном порядке для вращения диска.

Законы электролиза

Продолжая исследования в области электричества, он во многом опирался на свое образование всемирно известного химика. Он проделал большую работу в области электрохимии, где разработал первый и второй законы электролиза.

Эти законы гласят, что «величина химического изменения, производимого током на границе электрод-электролит, пропорциональна количеству используемого электричества, а количество химических изменений, производимых одним и тем же количеством электричества в различных веществах, пропорционально. к их эквивалентному весу.»

СВЯЗАННЫЙ: КАК РАБОТАЕТ КЛЕТКА FARADAY?

Объясненное проще, потоки электричества могут быть использованы для запуска химических реакций. На практике в форме электролиза это означает, что электричество можно использовать для производства водорода из молекул воды, осаждение металлических соединений на поверхности (гальваника) и извлечение чистых металлических элементов из растворов

Как и во многих научных темах, понять электролиз с помощью визуального представления гораздо проще.Посмотрите короткое видео ниже, чтобы понять, как работает электролиз, и важность этого открытия Фарадея.

Работа Фарадея в области электролиза заложила основу для этой важнейшей отрасли промышленности.

Сжижение газа и охлаждение

В 1823 году Майкл Фарадей развил идеи Джона Далтона и доказал свои идеи, впервые применив давление для сжижения газообразного хлора и газообразного аммиака.

Его успешное сжижение аммиака вызвало особый интерес.Когда он снова позволил аммиаку испариться, он заметил, что это вызывает охлаждение. Хотя этот принцип был публично продемонстрирован Уильямом Калленом в 1756 году, работа Фарадея показала, что механические насосы можно использовать для превращения газа в жидкость при комнатной температуре.

Прелесть этого открытия заключалась в том, что газ можно было сжать и сжижать, а затем оставлять испаряться и охлаждаться непрерывно в замкнутой системе. Вся последовательность может повторяться до бесконечности, пока система герметична. Это основа всех современных холодильников и воздушных тепловых насосов.

Горелка Бунзена (что-то вроде)

Майкл Фарадей был великим изобретателем-практиком, который привел его к созданию предшественника одного из самых знаковых образцов лабораторного оборудования — горелки Бунзена. Он объединил воздух и газ перед тем, как зажечь его, очевидно, чтобы обеспечить легкодоступную форму высокой температуры.

Его ранняя работа была позже разработана Робертом Вильгельмом Бунзеном для производства оборудования, которое с любовью вспоминают многие студенты, изучающие естественные науки во всем мире.

Клетка Фарадея

В 1836 году Майкл Фарадей обнаружил, что когда электрический проводник заряжается, весь дополнительный заряд находится на его внешней стороне.В более широком смысле это будет означать, что дополнительная плата не «появляется» внутри комнаты или металлической клетки.

Тот же принцип можно использовать в реальной одежде, так называемых костюмах Фарадея. Эта верхняя одежда имеет металлическую подкладку, которая защищает пользователя от любого внешнего источника электричества.

Клетки Фарадея также используются для защиты чувствительного электрического оборудования и во время электрохимических экспериментов для предотвращения внешних помех. Они также используются сегодня для создания мертвых зон для мобильной связи.

Источник : Антуан Тавено / Wikimedia Commons

Бензол

В 1825 году Майкл Фарадей обнаружил эту «чудо» молекулу в маслянистом остатке, оставшемся от производства газа для освещения в Лондоне.

Бензол — одно из важнейших веществ в химии. Он использовался для изготовления многих новых материалов и помог в понимании склеивания. Бензол фактически входит в 20 ведущих химических веществ по объему производства в США.

Это жизненно важный компонент многих пластмасс, смол, нейлона, каучуков, смазок, красителей, лекарств и многих других.

Диамагнетизм

Все мы интуитивно знакомы с ферромагнетизмом или обычным магнитом, но в 1845 году Фарадей обнаружил, что все вещества диамагнитны. Конечно, сила явлений в природе сильно различается.

Диамагнетизм — это направление, противоположное приложенному магнитному полю. Если рассматриваемое вещество проявляет сильный диамагнетизм, оно будет сильно отталкиваться северным полюсом магнита.

Удивительно, но это можно использовать для создания левитации в большинстве материалов с помощью достаточно сильного магнита.Даже живые существа, такие как лягушка, могут «бросить вызов» гравитации с помощью сильного магнитного поля.

Смерть и наследство

Майкл Фарадей умер в глубокой старости 75 лет 25 августа 1867 года. Его пережила жена. У пары не было детей. Фарадей всю свою жизнь был набожным христианином. Он также с детства был тесно связан с этой небольшой сектой, сандеманианцами.

За его вклад в науку, при жизни, ему предложили место для захоронения в Вестминстерском аббатстве вместе с британскими королями и королевами, даже сэром Исааком Ньютоном.Он отклонил это предложение в пользу более скромного захоронения. Вы можете найти его могилу на лондонском кладбище Хайгейт. Его жена Сара также похоронена с ним.

Статуя была установлена ​​в его честь на площади Савой в Лондоне. Он стоит за пределами Института инженерии и технологий. Есть множество других статуй, школ, парков и других памятников, посвященных человеку, который так много сделал для человечества. В Великобритании и США также есть много улиц, названных в его честь.

Он, конечно же, получил высшую награду, появившись на реверсе банкноты Банка Англии серии E 20 фунтов стерлингов.Майкл также получил специальную премию Лондонского королевского общества, названную в его честь за «выдающиеся достижения в области передачи науки британской публике».

1991-2001 Банк Англии банкноты 20 фунтов стерлингов, серия E, источник WorldBankNotesCoins

Последнее слово

Майкл Фарадей в свое время также написал серию писем и журналов, которые широко доступны и настоятельно рекомендуются к прочтению любому Фарадею. поклонник.

Несмотря на то, что Майкл Фарадей происходил из бедной семьи, он неустанно трудился, чтобы сначала получить образование.Затем он посвятил свою жизнь поиску знаний. Благодаря его упорству он станет одним из самых важных ученых мира. Его достижения еще более примечательны, учитывая его скромное начало в мире, где господствует привилегированный класс. Среди его многих великих открытий и изобретений он также был увековечен как единица СИ для емкости, fared, или F.

Майкл Фарадей, изобретатель электродвигателя

.

Майкл Фарадей (род.22, 1791) был британским физиком и химиком, наиболее известным своими открытиями электромагнитной индукции и законов электролиза. Его самым большим прорывом в области электричества стало изобретение электродвигателя.

Ранняя жизнь

Фарадей родился в 1791 году в бедной семье в Ньюингтоне, деревня графства Суррей на юге Лондона. Его детство было трудным и пронизанным нищетой.

Мать Фарадея оставалась дома, чтобы заботиться о Майкле и его трех братьях и сестрах, а его отец был кузнецом, который часто слишком болел, чтобы постоянно работать, а это означало, что дети часто оставались без еды.Несмотря на это, Фарадей рос любопытным ребенком, все ставил под сомнение и всегда чувствовал острую потребность узнать больше. Он научился читать в воскресной школе христианской секты, к которой принадлежала его семья, называемой сандеманианцами, что сильно повлияло на его подход к природе и ее толкование.

В 13 лет он стал мальчиком на побегушках в переплетном магазине в Лондоне, где он прочитал каждую книгу, которую переплетал, и решил, что однажды он напишет свою собственную. В этом переплетном магазине Фарадей заинтересовался концепцией энергии, в частности силы, благодаря статье, которую он прочитал в третьем издании Encyclopdia Britannica.Благодаря тому, что он рано начал читать и экспериментировать с идеей силы, он смог сделать важные открытия в области электричества в более позднем возрасте и в конечном итоге стал химиком и физиком.

Однако только после того, как Фарадей посетил лекции по химии сэра Хамфри Дэви в Королевском институте Великобритании в Лондоне, он наконец смог продолжить свои исследования в области химии и естественных наук. После посещения лекций Фарадей связал сделанные записи и отправил их Дэви, чтобы подать заявление на учебу под его руководством, а несколько месяцев спустя он начал работу в качестве лаборанта Дэви.

Стажировки и ранние исследования в области электричества

Дэви был одним из ведущих химиков того времени, когда Фарадей присоединился к нему в 1812 году, открыв натрий и калий и изучив разложение соляной (соляной) кислоты, что привело к открытию хлора. Следуя атомной теории Руджеро Джузеппе Босковича, Дэви и Фарадей начали интерпретировать молекулярную структуру таких химикатов, что сильно повлияло на идеи Фарадея об электричестве.

Когда второе ученичество Фарадея у Дэви закончилось в конце 1820 года, Фарадей знал о химии не меньше, чем кто-либо другой в то время, и он использовал это новообретенное знание для продолжения экспериментов в области электричества и химии. В 1821 году он женился на Саре Барнард и поселился в Королевском институте, где проводил исследования электричества и магнетизма.

Фарадей построил два устройства для создания того, что он назвал электромагнитным вращением , непрерывным круговым движением за счет круговой магнитной силы вокруг провода.В отличие от своих современников в то время, Фарадей интерпретировал электричество как больше вибрации, чем поток воды по трубам, и начал экспериментировать, основываясь на этой концепции.

Одним из его первых экспериментов после открытия электромагнитного вращения была попытка пропустить луч поляризованного света через электрохимически разлагающийся раствор для обнаружения межмолекулярных деформаций, которые может вызвать ток. Однако на протяжении 1820-х годов повторные эксперименты не дали результатов.Пройдет еще 10 лет, прежде чем Фарадей совершит огромный прорыв в химии.

Обнаружение электромагнитной индукции

В следующем десятилетии Фарадей начал свою большую серию экспериментов, в которых он открыл электромагнитную индукцию. Эти эксперименты составят основу современной электромагнитной технологии, которая используется до сих пор.

В 1831 году, используя свое «индукционное кольцо» — первый электронный трансформатор, — Фарадей сделал одно из своих величайших открытий: электромагнитную индукцию, «индукцию» или генерацию электричества в проводе посредством электромагнитного воздействия тока в другом проводе.

Во второй серии экспериментов в сентябре 1831 года он открыл магнитоэлектрическую индукцию: производство постоянного электрического тока. Для этого Фарадей через скользящий контакт прикрепил два провода к медному диску. Вращая диск между полюсами подковообразного магнита, он получил непрерывный постоянный ток, создав первый генератор. В результате его экспериментов появились устройства, которые привели к созданию современного электродвигателя, генератора и трансформатора.

Продолжение экспериментов, смерть и наследие

Фарадей продолжал свои электрические эксперименты на протяжении большей части своей дальнейшей жизни.В 1832 году он доказал, что электричество, вызванное магнитом, гальваническое электричество, вырабатываемое батареей, и статическое электричество — это одно и то же. Он также проделал значительную работу в области электрохимии, сформулировав Первый и Второй законы электролиза, которые заложили основу для этой области и другой современной индустрии.

Фарадей скончался в своем доме в Хэмптон-Корт 25 августа 1867 года в возрасте 75 лет. Он был похоронен на кладбище Хайгейт в Северном Лондоне. Мемориальная доска была установлена ​​в его честь в церкви Вестминстерского аббатства, недалеко от места захоронения Исаака Ньютона.

Влияние Фарадея распространилось на очень многих ведущих ученых. Известно, что у Альберта Эйнштейна на стене в кабинете висел портрет Фарадея, который висел рядом с фотографиями легендарных физиков сэра Исаака Ньютона и Джеймса Клерка Максвелла.

Среди тех, кто высоко оценил его достижения, был Эрнест Резерфорд, отец ядерной физики. О Фарадее он однажды сказал:

«Когда мы рассматриваем масштабы и степень его открытий и их влияние на прогресс науки и промышленности, нет слишком большой чести, чтобы воздать должное памяти Фарадея, одного из величайших открывателей науки всех времен.»

Hirshfeld, Alan W .: 9780802714701: Amazon.com: Книги

Еженедельно от издателей

Английский ученый девятнадцатого века Фарадей, который сделал революционное открытие взаимосвязи электричества, магнетизма и света, олицетворял человека, сделавшего себя сам. Сын кузнеца, Фарадей (1791–1867) в раннем возрасте поступил в ученики к переплетчику, который поощрял его развивать интерес к науке, который он приобрел благодаря чтению книг, которые лежали у него на рабочем месте.По счастливой случайности он пошел работать на выдающегося ученого сэра Хэмфри Дэви. Как сообщает физик Хиршфельд ( Parallax ), с этого момента Фарадей оказался неудержимым, поскольку он сделал важные открытия во всех областях, в которых он работал. Его прорыв произошел, когда он обнаружил, что может индуцировать электрический ток, перемещая магнит внутри катушки с проволокой. Это привело к разработке динамо-машины, предшественницы электродвигателя. Не менее важно то, что Фарадей выдвинул гипотезу о том, что электромагнетизм распространяется в космос через линии потока.Опыт Фарадея в математике был слабым, поэтому он не мог этого доказать, но молодой ученый, с которым он подружился в конце своей карьеры, Джеймс Клерк Максвелл, наконец, сделал это. В элегантно написанной биографии Хиршфельд, лауреат премии Фонда Темплтона за эссе о Фарадея, запечатлел тяжелые времена ученого, и большинство читателей смогут проследить его четкие описания достижений Фарадея. 18 ч / б илл. (март)
© Reed Business Information, подразделение Reed Elsevier Inc.Все права защищены.

Из списка книг

Это вторая недавняя биография Майкла Фарадея (1791-1867) после более длинной A Life of Discovery, Джеймса Гамильтона (2004). В наши дни в моде короткие биографии, и Хиршфельд эффективно объясняет статус Фарадея как одного из самых вдохновляющих и значительных деятелей науки. Его динамичная история трогает до глубины души, в то время как его приверженность экспериментальному методу задействует интеллект.Также очевидно, что Хиршфельд, профессор физики и автор популярной астрономии ( Parallax, , 2001), также восхищается попытками Фарадея заинтересовать общественность наукой с помощью еженедельных демонстраций, которые он десятилетиями проводил в Лондонском Королевском институте. Лучше всего то, что Хиршфельд дает краткие словесные описания экспериментов, которые Фарадей проводил с электричеством, магнетизмом и светом, основная часть которых непосредственно привела к математическим теориям Джеймса Клерка Максвелла, объединяющим свет и электромагнетизм, а также к динамо-машине и радио.Яркое изображение, подчеркивающее удивительные качества, проницательность и усердие Фарадея, которые привели его к величию. Гилберт Тейлор
Авторские права © Американская библиотечная ассоциация. Все права защищены

Об авторе

Алан В. Хиршфельд , астроном Массачусетского университета в Дартмуте и сотрудник обсерватории Гарвардского колледжа, получил степень бакалавра астрофизики в Принстоне и докторскую степень.D. в астрономии из Йельского университета. Он является соавтором двухтомного астрономического справочника Sky Catalog 2000.0 и в прошлом лауреат национальной премии в области научных писательской деятельности обсерватории Гриффита / Hughes Aircraft Co. Он живет за пределами Бостона.

9 фактов о физике Майкле Фарадее, «отце электричества»

Ученый-самоучка Майкл Фарадей (1791-1867) преуспел в химии и физике и стал одним из самых влиятельных мыслителей в истории.Его называют «отцом электричества» (Никола Тесла и Томас Эдисон также носят эту корону), и его аппетит к экспериментам не знает границ. «Нет ничего слишком удивительного, чтобы быть правдой, если это согласуется с законами природы; и в таких вещах, как эти, эксперимент — лучшая проверка такой последовательности», — писал он. Фарадей открыл законы электромагнетизма, изобрел первый электродвигатель и построил первый электрический генератор, проложив путь нашей механизированной эпохе. Читайте дальше, чтобы узнать больше фактов о Фарадеях.

1. ОН НИКОГДА НЕ ИМЕЛ ФОРМАЛЬНОГО НАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ.

Фарадей родился на юге Лондона в семье рабочего. Он получил элементарное образование в области чтения, письма и математики. Когда ему исполнилось 14, он был отдан в подмастерья у лондонского переплетчика на следующие семь лет. В свободное время Фарадей читал « Беседы по химии » Джейн Марсет, бестселлер 1806 года, в котором разъяснялись научные темы для широкой аудитории.

2. ОН БЫЛ САМОСТАРЧИКОМ.

Как и Марсет, Фарадей был очарован работами сэра Хамфри Дэви, харизматичного химика, прославившегося тем, что испытал на себе действие закиси азота.(Он позволил другим, в том числе поэту Сэмюэлю Тейлору Кольриджу, вдыхать газ при условии, что они будут вести дневники своих мыслей и ощущений в состоянии кайфа.) Весной 1812 года покупатель переплетной мастерской подарил Фарадею билеты на предстоящие лекции Дэви. Фарадей собрал свои записи из лекций в переплетенный том (единственное преимущество его тяжелого труда у переплетчика) и отправил книгу Дэви с просьбой стать его помощником — неслыханная идея для торговца без высшего образования. Почувствовав его интеллект и драйв, Дэви обеспечил ему работу в Королевском институте, где Дэви руководил химической лабораторией.

3. ОН ИЗОБРЕЛ ДВИГАТЕЛЬ С МАГНИТАМИ И РТУТЬЮ.

К 1820 году другие ученые показали, что электрический ток создает магнитное поле, а два наэлектризованных провода действуют друг на друга. Фарадей думал, что есть способ использовать эти силы в механическом устройстве. В 1822 году он построил устройство с использованием магнита, жидкой ртути (которая проводит электричество) и токоведущего провода, который преобразовал электрическую энергию в механическую — другими словами, первый электродвигатель.Фарадей отметил успех в своем журнале [PDF]: «Очень удовлетворительно, но сделайте более разумный прибор».

4. ОН ТАКЖЕ СОЗДАЛ ПЕРВЫЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР.

Спустя десять лет после своего открытия в области двигателя, Фарадей обнаружил, что движение провода через постоянное магнитное поле может индуцировать электрический ток в проводе — принцип электромагнитной индукции. Чтобы продемонстрировать это, Фарадей построил машину, в которой медный диск вращался между двумя полюсами подковообразного магнита, производя свою собственную энергию.Машина, позже названная диском Фарадея, стала первым электрическим генератором.

5. ОН ПОКАЗАЛ ПРИСОЕДИНЕНИЕ МАГНИТНОЙ СИЛЫ.

В ходе блестяще простого эксперимента (воссозданного сегодня бесчисленным количеством школьников) Фарадей положил стержневой магнит на стол и накрыл его листом плотной бумаги. Затем он рассыпал намагниченную железную стружку по бумаге, которая сразу же образовала полукруглые дуги, исходящие от концов — северного и южного полюсов — магнита. В дополнение к обнаружению того, что магниты все еще действуют через препятствия, он визуализировал структуру магнитной силы в космосе.

6. ВЫ МОЖЕТЕ ПОСЕТИТЬ ЕГО МАГНИТНУЮ ЛАБОРАТОРИЮ В ЛОНДОНЕ.

Фарадей занимал ряд научных должностей в Королевском институте, организации, занимающейся продвижением прикладной науки. В конце концов, Фарадей был назначен фуллеровским профессором химии, что позволило ему проводить исследования и экспериментировать, сколько душе угодно. Его магнитная лаборатория 1850-х годов теперь точно воспроизведена в музее Фарадея Королевского института. На нем изображены многие из его устройств, изменяющих мир, в том числе оригинальный диск Фарадея, один из его первых электростатических генераторов, его химические образцы и гигантский магнит.

7. ОН ПОПУЛЯРИЛ НОВУЮ НАУЧНУЮ ТЕРМИНОЛОГИЮ.

Работа Фарадея была настолько новаторской, что не существовало описания многих его открытий. Вместе со своим коллегой-ученым Уильямом Уэвеллом Фарадей придумал ряд футуристически звучащих названий для идентифицированных им сил и концепций, таких как электрод, анод, катод и ион. (Сам Уэуэлл придумал слово «ученый» в 1834 году, после того как «натурфилософ» стал слишком расплывчатым, чтобы описывать людей, работающих во все более специализированных областях.)

8. ПРИНЦ АЛЬБЕРТ ПОДАРИЛ ЕМУ СЛАДКОЕ НЕДВИЖИМОСТЬ.

В 1848 году принц-консорт, также известный как муж королевы Виктории принц Альберт, бесплатно подарил Фарадею и его семье комфортабельный дом в Хэмптон-Корт — не в королевском дворце, а рядом с ним — в знак признания его вклада в науку. Дом на Хэмптон-Корт-роуд, 37 был переименован в Дом Фарадея, пока он не умер там 25 августа 1867 года. Теперь он известен просто по адресу.

9. ОН БЫЛ ИЗОБРАЖЕН НА ДОКУМЕНТЕ СОЕДИНЕННОГО КОРОЛЕВСТВА НА 20 фунтов стерлингов.

Чтобы отметить роль Фарадея в развитии британской науки, Банк Англии 5 июня 1991 года представил банкноту в 20 фунтов с его портретом. Он присоединился к прославленной группе британцев с их собственными записями, включая Уильяма Шекспира, Флоренс Найтингейл и Исаак Ньютон. К моменту отзыва в феврале 2001 года, по оценкам банка, в обращении находилось около 120 миллионов банкнот Фарадея (это более 2 миллиардов фунтов стерлингов).

Электрогенератор Фарадея — Эпоха революции

К 1800-м годам промышленная революция набирала обороты с появлением новых захватывающих машин, приводимых в движение паром.Но сила пара имела свои пределы и была доступна далеко не каждому. В 1820-х годах Майкл Фарадей (1791–1867), ученый, работавший в Лондонском Королевском обществе, понял, что необходима более полезная форма власти. Он начал проводить эксперименты, опираясь на работы Алесандро Вольта и Ганса Христиана Эрстеда и их работы с ранними батареями, магнетизмом и движением.

В 1831 году Фарадей сделал новаторское открытие. Он обмотал трубку медной проволокой и изолировал ее тканью.Затем он подключил медный провод к гальвонометру, который мог измерять электрический ток. Когда он проводил магнитом вперед и назад через середину трубки, стрелка гальвонометра двигалась. Он создал первый в истории генератор электричества.

Генератор, по сути, преобразует движущую силу (механическую энергию) — в данном случае движение магнита вперед и назад — и преобразует ее в электричество. Будь источником энергии вода, пар, ветер, нефть, уголь или ядерная реакция, почти вся электроэнергия сегодня вырабатывается генераторами (или турбинами) с использованием принципов Фарадея.

Знаете ли вы ..?

Майкл Фарадей также «изобрел» «Рождественские лекции», лекции, разработанные специально для молодых людей, чтобы помочь им понять научные принципы и открытия. Захватывающие интерактивные беседы и шоу для молодежи по-прежнему проводятся каждый год в виде «Рождественских лекций» Королевским институтом, университетами и организациями по всей стране.

Дополнительная информация об этом объекте в Королевском учреждении:

Генераторная катушка Фарадея.Он был изготовлен Майклом Фарадеем в 1831 году и состоит из катушки из медной проволоки, намотанной вокруг полого сердечника. Перемещение намагниченного железного стержня через катушку вызывает в катушке ток. Фарадей показал, что магнит должен двигаться, чтобы вызвать ток, что было ранней демонстрацией преобразования механической энергии в электрическую. Это было основой современных динамо-машин. Этот предмет сейчас выставлен в Королевском институте в Лондоне.

.