когда придумали первый в мире, история создания

Сложно представить себе жизнь современных людей без электрических двигателей. Эта конструкция прочно вошла в разные сферы и сделала жизнь более комфортной. При этом далеко не каждому известно, кто именно изобрел электродвигатель. На самом деле свой вклад в появление этой конструкции внесли многие ученые, которые проводили значимые исследования в сфере электромеханики.

Содержание

Вклады ученых в электромеханику

Первые значимые эксперименты в области электромеханики провел итальянский исследователь Вольт. Именно он создал химический источник тока. Это случилось больше 2 столетий назад – в 1800 году.

Через 20 лет датский физик Эрстед сумел открыть уникальное свойство. Он установил, что протекающий ток может вызывать отклонение магнитной стрелки в плоскости. Уже в 1821 году известный британский ученый Майкл Фарадей издал важный трактат, в котором описал новые электромагнитные движения и сформулировал теорию магнетизма. В своей работе физик детально описал, как можно стимулировать безостановочное движение магнитной стрелки вокруг фиксированного магнитного полюса.

Установка, которую сконструировал ученый, давала возможность сформировать постоянное преобразование электрической энергии в механическую. Именно эта конструкция считается первым электродвигателем в истории.

В 1822 году французский исследователь Андре Мари Ампер сделал важное открытие. Он установил, что соленоид обладает магнитным эффектом. К тому же исследователь сформулировал идею, что катушка с протекающим током и постоянный магнит полностью эквивалентны. Помимо этого, для усиления магнитного эффекта было предложено поместить в центральную часть катушки металлический сердечник. В тот же период Барлоу придумал униполярный электродвигатель. Его конструкция получила название колеса Барлоу.

В 1925 году Араго продемонстрировал общественности уникальный эксперимент. Он заключался в том, что медный диск стимулировал движение магнитной стрелки, которая подвешивалась сверху. В том же году Стерджен сделал первый электромагнит.

В 1831 году одновременно 2 знаменитых физика Фарадей и Генри сделали важное открытие. Независимо друг от друга исследователи установили существование электромагнитной индукции. Однако Фарадей первым опубликовал результаты своего исследования.

В 1832 году французский исследователь Пикси сконструировал первый генератор переменного тока. Он включал конструкцию из 2 катушек с металлическим сердечником, напротив которого находился свободно крутящийся магнит в виде подковы. После добавления коммутатора к этой конструкции она начала синтезировать пульсирующий постоянный ток.

В 1833 году широкой публике был представлен электрический двигатель на постоянном токе. Его автором стал Стреджен. Его конструкцию впервые удалось использовать на практике.

В том же году Ленц выпустил труд, в котором доказал, что электрический двигатель и генератор являются взаимозаменяемыми. Это явление получило название закона взаимности магнитоэлектрических явлений.

Появление первых электрических двигателей

Создание первых электродвигателей стало настоящим прорывом в сфере науки и техники. Это изобретение появилось благодаря вкладу целого ряда известных ученых.

Изобретение Якоби

Немецкий и русский физик Борис Якоби изобрел первый электрический двигатель с непосредственным вращением рабочего вала. Когда это произошло? Свое изобретение ученый представил в мае 1834 года. Мощность устройства составляла примерно 15 Ватт, а частота вращения ротора доходила до 80-120 оборотов в минуту. До этого момента применялись исключительно конструкции, которые отличались возвратно-поступательным или качательным перемещением якоря.

На этом Борис Якоби не прекратил свою работу. В 1839 году исследователь придумал лодку с электродвигателем, мощность которого составляла 1 лошадиную силу. В ней было предусмотрено 14 посадочных мест. В период испытаний удалось установить, что конструкция может двигаться по реке против течения. Таким образом удалось найти практическое применение электродвигателю.

В последующие 45 лет бельгийские, шотландские, немецкие и британские ученые создавали, улучшали и испытывали электродвигатели, которые предназначались для локомотивов, промышленных приводов и прочих механизмов. Благодаря перечисленным экспериментам удалось создать асинхронный электрический двигатель.

Вклад Дэвенпорта

Благодаря проведению опытов с магнитами американский ученый Томас Дэвенпорт создал свой первый электромотор. Появление этого изобретения датируется июлем 1834 года. В декабре того же года исследователь впервые вынес эту конструкцию на суд публики. В 1837 году ученый запатентовал созданную им электрическую машину.

Двигатель Дэвидсона

Шотландский исследователь Роберт Дэвидсон проводил работы по созданию электрического двигателя, начиная с 1837 года. Ученому удалось изготовить несколько приводов для токарного станка. Также изобретатель сделал ряд моделей транспортного средства. К тому же Дэвидсона считают создателем первого электрического локомотива.

Изобретения других ученых

Создание электрического двигателя связывают с именами других известных исследователей. Среди них стоит выделить следующих ученых:

1. Сименс – этот немецкий инженер считается основателем компании Siemens. В 1856 году исследователь придумал электрический генератор, оснащенный двойным Т-образным якорем. Ученый стал первым, кто расположил обмотки в пазах.
2. Максвелл – сумел обобщить сведения об электромагнетизме в 4 важных уравнениях. Это произошло в 1861-1864 годах. В сочетании с выражением для силы Лоренца работа Максвелла формирует полную систему уравнений классической электродинамики.
3. Грамм – в 1871-1873 годах этот бельгийский исследователь устранил важный минус электрических машин, который проявлялся в виде выраженной пульсации синтезируемого тока и быстром перегревании. Грамм предложил изготовить генератор с самовозбуждением, оснащенный кольцевым якорем.
4. Феррарис – этот итальянский физик придумал первый двухфазный асинхронный двигатель. Это произошло в 1885 году. Однако исследователь был уверен, что такая конструкция не будет иметь КПД больше 50 %. Потому он быстро утратил интерес к своему изобретению и не работал над его улучшением. При этом считается, что Феррарису удалось первым описать явление вращающегося магнитного поля.
5. Тесла – американец сербского происхождения независимо от Феррариса придумал двухфазный асинхронный двигатель и получил патент на него. Это случилось в 1887 году. Для конструкции ученого было характерно наличие явно выраженных полюсов статора. При этом Тесла ошибочно полагал, что двухфазная система токов считается наиболее оптимальной с экономической точки зрения.
6. Доливо-Добровольский – русский техник польского происхождения придумал ротор в форме так называемой беличьей клетки. Работа ученого датируется 1889-1891 годами. Последующие усилия ученого завершились созданием трехфазной системы переменных токов. К тому же исследователь придумал трехфазный асинхронный двигатель, который получил в промышленности широкое распространение и почти не изменился до настоящего времени.

Что лучше – двухфазная или трехфазная система

Доливо-Добровольский обоснованно полагал, что наращивание количества фаз в электромоторе способствует улучшению распределения намагничивающей силы по окружности статора. Переход к трехфазной системе имеет в этом отношении много преимуществ. При этом последующее увеличение количества фаз лишено целесообразности, поскольку провоцирует существенное увеличение затрат металла на провода.

Тесла же был уверен, что меньшее количество фаз сокращает потребность в проводах. Как следствие, устройство электропередачи становится более доступным по цене. При этом двухфазная система передачи нуждалась в использовании 4 проводов. Это считалось нежелательным в сравнении с 2-проводными системами постоянного или однофазного переменного токов. Потому Тесла рекомендовал использовать для двухфазной системы 3-проводную линию. При этом он предлагал делать один провод общим. Однако это не слишком существенно уменьшало затраты металла, поскольку общий провод должен был иметь большее сечение.

Таким образом предложенная Доливо-Добровольским трехфазная система токов считалась оптимальной для передачи энергии. Она почти сразу стала широко использоваться в промышленности и до настоящего времени остается основной системой передачи электроэнергии.

Создание электродвигателя стало настоящим прорывом в научно-технической сфере. Это устройство по сей день активно применяется в самых разных сферах человеческой жизни.

200 лет электродвигателю / Хабр

Электромотор Фарадея 1822 года

В 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед ввел электромагнитную теорию в состояние замешательства. Натурфилософы того времени считали, что электричество и магнетизм — это два разных явления, но Эрстед предположил, что поток электричества через провод создает вокруг него магнитное поле. Французский физик Андре-Мари Ампер увидел демонстрацию эксперимента Эрстеда, в котором электрический ток отклонял магнитную иглу, и разработал математическую теорию для объяснения этой взаимосвязи.

Английский ученый Майкл Фарадей вскоре вступил в полемику, когда Ричард Филлипс, редактор журнала «Анналы философии», попросил его написать статью об истории электромагнетизма — области, которой было всего около двух лет и которая явно находилась в состоянии становления.

Фарадей был интересным кандидатом для этой задачи, о чем Нэнси Форбс и Бэзил Махон рассказывают в своей книге 2014 года «Фарадей, Максвелл и электромагнитное поле». Он родился в 1791 году и получил лишь самое скромное образование в церковной школе в своей деревне Ньюингтон, Суррей (сейчас это часть Южного Лондона). В возрасте 14 лет он стал подмастерьем у переплетчика. Он прочитал много книг, которые переплетал, и продолжал искать возможности учиться дальше. В 1812 году, когда ученичество Фарадея подходило к концу, один из клиентов переплетчика предложил Фарадею билет на прощальную лекцию Хамфри Дэви в Королевском институте Великобритании.

Дэви, который был всего на 13 лет старше Фарадея, уже прославился как химик. Он открыл натрий, калий и несколько соединений, а также изобрел шахтерскую лампу. Кроме того, он был харизматичным оратором. Фарадей делал подробные записи лекций и отправлял копии Дэви с просьбой о трудоустройстве. Когда в Королевском институте открылась вакансия ассистента по химии, Дэви взял Фарадея на работу.

Фарадей (слева), Дэви (справа).

Дэви был наставником Фарадея и обучил его принципам химии. Фарадей отличался ненасытным любопытством, и его репутация в Королевском институте росла. Но когда Филлипс попросил Фарадея написать обзорную статью для «Анналов», он только начинал заниматься электромагнетизмом и был несколько обескуражен математикой Ампера.

В душе Фарадей был экспериментатором, поэтому, чтобы написать подробный отчет, он повторил эксперименты Эрстеда и попытался следовать рассуждениям Ампера. Его «Исторический очерк электромагнетизма», опубликованный анонимно в «Анналах», описывал состояние этой области, текущие исследовательские вопросы и экспериментальную аппаратуру, теоретические разработки и основных участников. (Краткое изложение статьи Фарадея см. в статье Aaron D. Cobb «Michael Faraday’s ‘Historical Sketch of Electro-Magnetism’ and the Theory-Dependence of Experimentation» в декабрьском выпуске Philosophy of Science за 2009 год («Исторический очерк электромагнетизма Майкла Фарадея» и зависимость экспериментов от теории « в декабрьском выпуске 2009 года Философия науки).

Реконструируя эксперименты Эрстеда, Фарадей не был полностью убежден, что электричество действует как жидкость, протекая по проводам так же, как вода по трубам. Вместо этого он думал об электричестве как о колебаниях, возникающих в результате напряжения между проводящими материалами. Эти мысли заставляли его экспериментировать.

3 сентября 1821 года Фарадей наблюдал круговое вращение провода, притягиваемого и отталкиваемого магнитными полюсами. Он зарисовал в своем блокноте вращение по часовой стрелке вокруг южного полюса магнита и обратное вращение вокруг северного полюса. «Очень убедительно», — написал он в своем дневнике о проведенном эксперименте, — «но надо сделать более разумный прибор».

На следующий день у него все получилось. Он взял глубокий стеклянный сосуд, закрепил в нем магнит вертикально с помощью воска, а затем наполнил сосуд ртутью так, чтобы магнитный полюс находился чуть выше поверхности. Он опустил в ртуть жесткую проволоку и подключил прибор к батарее.

Когда по цепи проходил ток, он создавал круговое магнитное поле вокруг проволоки. Когда ток в проволоке взаимодействовал с постоянным магнитом, закрепленным на дне блюда, проволока вращалась по часовой стрелке. На другой стороне прибора провод был закреплен, а магнит мог свободно перемещаться, что он и делал по кругу вокруг провода.

Чтобы ознакомиться с наглядной анимацией работы аппарата Фарадея, посмотрите это учебное пособие, созданное Национальной лабораторией высоких магнитных полей. А для желающих собрать свой собственный двигатель Фарадея можно посмотреть это видео:

Хотя устройство Фарадея было отличным доказательством концепции, оно было не так уж полезно, разве что в качестве салонного фокуса. Вскоре люди стали расхватывать карманные двигатели в качестве подарков.

Хотя оригинального моторчика Фарадея больше не существует, зато существует тот, который он построил в следующем году; он хранится в коллекции Королевского института и изображен на фото в начале публикации. Эта простая на вид конструкция является самым ранним примером электродвигателя, первого устройства, превращающего электрическую энергию в механическое движение.

Последствия изобретения Фарадея

Фарадей знал силу быстрой публикации, и менее чем за месяц он написал статью «О некоторых новых электромагнитных движениях и теории электромагнетизма», которая была опубликована в следующем номере «Ежеквартального журнала науки, литературы и искусства». К сожалению, Фарадей не оценил необходимость полного признания вклада других в открытие.

Через неделю после публикации Хамфри Дэви нанес своему подопечному сокрушительный удар, обвинив Фарадея в плагиате.

Дэви обладал печально известным чувствительным эго. Он также был расстроен тем, что Фарадей не отметил должным образом его друга Уильяма Хайда Волластона, который более года изучал проблему вращательного движения с помощью токов и магнитов. Фарадей упоминает обоих в своей статье, а также Ампера, Эрстеда и некоторых других.

Но он не называет никого из них своим соавтором, помощником или сооткрывателем. Фарадей не работал непосредственно с Дэви и Волластоном над их экспериментами, но он подслушал разговор между ними и понял направление их работы. Кроме того, в ранних публикациях было принято (и до сих пор принято) отмечать заслуги своего консультанта.

Фарадей пытался очистить свое имя от обвинений в плагиате и в основном преуспел в этом, хотя его отношения с Дэви оставались напряженными. Когда Фарадей был избран членом Королевского общества в 1824 году, единственный голос против подал президент общества, Хамфри Дэви.

Следующие несколько лет Фарадей избегал работы в области электромагнетизма. Было ли это его собственным выбором или он был вынужден сделать его из-за того, что Дэви поручил ему трудоемкие обязанности в Королевском институте, вопрос открытый.

Одним из заданий Фарадея было спасение финансов Королевского института, что он и сделал, оживив серию лекций и введя популярную рождественскую лекцию. Затем в 1825 году Королевское общество попросило его возглавить Комитет по улучшению стекла для оптических целей — попытку возродить британскую стекольную промышленность, которая уступила позиции французским и немецким производителям линз. Это была утомительная, бюрократическая работа, которую Фарадей выполнял как патриотический долг, но рутина и постоянные неудачи выбили его из колеи.

Эксперименты Фарадея в 1831 году привели к созданию трансформатора и динамо-машины

В 1831 году, через два года после смерти Дэви и после завершения работы Фарадея в рабочей группе над стекольным проектом, он вернулся к экспериментам с электричеством, занявшись акустикой. Он объединился с Чарльзом Уитстоном для изучения звуковых колебаний. Фарадея особенно интересовало, как звуковые колебания можно наблюдать, когда скрипичный смычок проводит по металлической пластине, слегка присыпанной песком, создавая отчетливые узоры, известные как фигуры Хладни. В этом видеоролике:

Фарадей изучал нелинейные стоячие волны, образующиеся на поверхности жидкости, которые сегодня известны как волны Фарадея или пульсации Фарадея. Он опубликовал свое исследование «О своеобразном классе акустических фигур; и о некоторых формах, принимаемых группами частиц на вибрирующих упругих поверхностях» в «Философских трудах Королевского общества».

Все еще убежденный в том, что электричество каким-то образом вибрирует, Фарадей задался вопросом, может ли электрический ток, проходящий через проводник, вызвать ток в соседнем проводнике. Это привело его к одному из самых известных изобретений и экспериментов — индукционному кольцу. 29 августа 1831 года Фарадей подробно описал в своем блокноте эксперимент со специально подготовленным железным кольцом. Он обмотал одну сторону кольца тремя отрезками изолированной медной проволоки, каждый длиной около 24 футов (7 метров). Другую сторону он обмотал примерно 60 футами (18 метрами) изолированной медной проволоки. (Хотя он описывает только собранное кольцо, на обмотку проводов у него, вероятно, ушло много дней. Современные экспериментаторы, создавшие реплику, потратили на это 10 дней). Затем он начал заряжать одну сторону кольца и наблюдать за эффектом на магнитной игле, расположенной на небольшом расстоянии. К своему восторгу, он смог вызвать электрический ток от одного набора проводов к другому, создав таким образом первый электрический трансформатор.

Запись в записной книжке Фарадея от 29 августа 1831 года описывает его эксперимент с железным индукционным кольцом, связанным проволокой, -первым электрическим трансформатором.

Фарадей не прекращал эксперименты до осени 1831 года, на этот раз с постоянным магнитом. Он обнаружил, что может производить постоянный ток, вращая медный диск между двумя полюсами постоянного магнита. Это было первое динамо и прямой предок действительно полезных электродвигателей.

Спустя двести лет после открытия электродвигателя Майкла Фарадея по праву помнят за все его работы в области электромагнетизма, а также за его способности химика, лектора и экспериментатора. Но сложные отношения Фарадея с Дэви также говорят о проблемах учеников (и наставников), издательской деятельности, а также о том, как держать (или не держать) личные обиды. Иногда говорят, что Фарадей стал величайшим открытием Дэви, что несколько несправедливо по отношению к Дэви, который сам по себе был достойным ученым. Когда репутация Фарадея начала затмевать репутацию его наставника, Фарадей допустил несколько ошибок, ориентируясь в урезанном, чувствительном ко времени мире научных публикаций. Но он продолжал делать свою работу — и делал ее хорошо, — внося неизменный вклад в работу Королевского института. Через десять лет после своего первого открытия в области электромагнетизма он превзошел себя в другом. Неплохо для самоучки с слабым знанием математики.

---

• Первая в России серийная система управления двухтопливным двигателем с функциональным разделением контроллеров
• В современном автомобиле строк кода больше чем…
• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive

Вакансии

НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.

У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.

В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.

Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.

• Старший инженер программист
• Системный аналитик
• Руководитель группы калибровки
• Ведущий инженер-испытатель
• Инженер по требованиям
• Инженер по электромагнитной совместимости
• Системный аналитик
• Старший инженер-программист ДВС

О компании ИТЭЛМА

Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Список полезных публикаций на Хабре

• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• [Прогноз] Транспорт будущего (краткосрочный, среднесрочный, долгосрочный горизонты)
• Лучшие материалы по взлому автомобилей с DEF CON 2018-2019 года
• [Прогноз] Motornet — сеть обмена данными для роботизированного транспорта
• Компании потратили 16 миллиардов долларов на беспилотные автомобили, чтобы захватить рынок в 8 триллионов
• Камеры или лазеры
• Автономные автомобили на open source
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive
• Очередная война операционок уже идет под капотом автомобилей
• Программный код в автомобиле
• В современном автомобиле строк кода больше чем…

Когда был изобретен электрический двигатель? Краткая история электродвигателей

За прошедшие годы электродвигатели претерпели значительные изменения и продолжают играть ключевую (и растущую) роль в современном обществе.

Являясь ведущим производителем и поставщиком электродвигателей на протяжении более 70 лет, компания Parvalux очарована ростом популярности электродвигателей.

1740-е годы – Начало изобретений

Первые воплощения электродвигателя впервые появились в 1740-х годах благодаря работе шотландского бенедиктинского монаха и ученого Эндрю Гордона. Другие ученые, такие как Майкл Фарадей и Джозеф Генри, продолжали разрабатывать ранние электродвигатели, экспериментируя с электромагнитными полями и открывая способы преобразования электрической энергии в механическую.

1834 – Изготовлен первый электродвигатель

История вошла в историю, когда Томас Дэвенпорт из Вермонта в 1834 г. изобрел первый официальный электродвигатель с батарейным питанием. изобретение было использовано для питания мелкосерийного печатного станка.

1886 – Изобретение двигателя постоянного тока

Уильям Стерджен изобрел первый двигатель постоянного тока, который мог обеспечить достаточную мощность для привода машин, но только в 1886 году появился первый практический двигатель постоянного тока, который мог работать с постоянной скоростью при переменной вес, было произведено. Фрэнк Джулиан Спраг был его изобретателем, и именно этот двигатель послужил катализатором для более широкого внедрения электродвигателей в промышленное применение.

Конец 1880-х — двигатели используются в коммерческих целях

Несмотря на великое открытие Давенпорта много лет назад, электродвигатели не использовались в коммерческих целях еще 50 лет. Ученые и инженеры продолжали разрабатывать различные типы электродвигателей с целью сделать их пригодными для использования в коммерческих целях. Вскоре электродвигатели начали использоваться в промышленности, на заводах и в быту.

1888 – Запатентован асинхронный двигатель переменного тока

В 1887 году Никола Тесла изобрел асинхронный двигатель переменного тока, который год спустя успешно запатентовал. Он не подходил для дорожных транспортных средств, но позже был адаптирован инженерами Westinghouse. В 1892 году был разработан первый практический асинхронный двигатель, за которым последовал ротор с вращающейся стержневой обмоткой, что сделало устройство пригодным для использования в автомобильной технике.

1891 – Разработка трехфазных двигателей

В этом году General Electric начала разработку трехфазных асинхронных двигателей. Чтобы использовать конструкцию ротора со стержневой обмоткой, GE и Westinghouse подписали соглашение о перекрестном лицензировании в 189 г.6.

2000-е годы – Использование двигателей сегодня

В 21-м ^-м -м веке электродвигатели переменного и постоянного тока широко используются в промышленности по всему миру и являются неотъемлемой частью многих приложений. От инвалидных колясок с электроприводом и лестничных подъемников до промышленной автоматизации, транспорта и солнечных батарей, двигатели Parvalux лидируют в области разработки и производства эффективных приводных решений для широкого спектра сложных приложений. Мир, безусловно, был бы совсем другим без электродвигателя!

Узнайте больше об электродвигателях Parvalux, связавшись с нашей командой экспертов: позвоните нам по телефону +1 508 677-0520 или напишите по электронной почте [email protected].

200 лет назад Фарадей изобрел электродвигатель

В 1820 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед привел электромагнитную теорию в замешательство. Натурфилософы того времени считали электричество и магнетизм двумя разными явлениями, но Эрстед предположил, что поток электричества по проводу создает вокруг него магнитное поле. Французский физик Андре-Мари Ампер видел демонстрацию эксперимента Эрстеда, в котором электрический ток отклонял магнитную стрелку, а затем разработал математическую теорию, объясняющую взаимосвязь.

английский ученый Майкл Фарадей вскоре вступил в бой, когда Ричард Филлипс, редактор Annals of Philosophy, , попросил его написать исторический отчет об электромагнетизме, области, которой было всего около двух лет и которая явно находилась в состоянии постоянного изменения.

Фарадей был интересным выбором для этой задачи, как рассказывают Нэнси Форбс и Бэзил Махон в своей книге 2014 года. Фарадей, Максвелл и электромагнитное поле . Родившийся в 1791 году, он получил лишь базовое образование в церковной школе в своей деревне Ньюингтон, графство Суррей (ныне часть Южного Лондона). В 14 лет он поступил в ученики к переплетчику. Он прочитал много книг, которые переплетал, и продолжал искать возможности узнать больше. По роковому повороту событий, как раз когда ученичество Фарадея подходило к концу в 1812 году, один из клиентов переплетчика предложил Фарадею билет на серию прощальных лекций Гемфри Дэви в Королевском институте Великобритании.

Дэви, всего на 13 лет старше Фарадея, уже сделал себе имя как химик. Он открыл натрий, калий и несколько соединений и изобрел Лампа безопасности шахтера . Кроме того, он был харизматичным оратором. Фарадей сделал подробные записи лекций и отправил копию Дэви с просьбой о приеме на работу. Когда в Королевском институте открылась вакансия помощника по химии, Дэви нанял Фарадея.

После того, как Фарадей [слева] не упомянул своего наставника Хамфри Дэви [справа] в статье 1821 года об электродвигателе, Дэви обвинил его в плагиате. СЛЕВА: ULLSTEIN BILD/GETTY IMAGES; СПРАВА: BETTMANN/GETTY IMAGES

Дэви был наставником Фарадея и научил его принципам химии. У Фарадея было ненасытное любопытство, и его репутация в Королевском институте росла. Но когда Филлипс попросил Фарадея написать обзорную статью для Annals , он только баловался электромагнетизмом и был немного обескуражен математикой Ампера.

В глубине души Фарадей был экспериментатором, поэтому, чтобы написать подробный отчет, он воссоздал эксперименты Эрстеда и попытался следовать рассуждениям Ампера. Его «Исторический очерк электромагнетизма», опубликованный анонимно в Annals , описал состояние области, текущие вопросы исследований и экспериментальный аппарат, теоретические разработки и основных игроков. (Хорошее изложение статьи Фарадея см. в статье Аарона Д. Кобба «Исторический очерк электромагнетизма и теории зависимости от экспериментов» Аарона Д. Кобба, в декабрьском выпуске журнала Philosophy of Science за 2009 г. )

Реконструируя эксперименты Эрстеда, Фарадей не был полностью убежден, что электричество действует как жидкость, протекающая по проводам так же, как вода течет по трубам. Вместо этого он думал об электричестве как о вибрациях, возникающих в результате натяжения между проводящими материалами. Эти мысли заставляли его экспериментировать.

Фарадей наблюдал круговое вращение проволоки, когда она притягивалась и отталкивалась магнитными полюсами. «Очень удовлетворительно», — записал он в своей записной книжке.

3 сентября 1821 года Фарадей наблюдал круговое вращение проволоки, когда она притягивалась и отталкивалась магнитными полюсами. Он зарисовал в блокноте вращение по часовой стрелке вокруг южного полюса магнита и обратное — вокруг северного полюса. «Очень удовлетворительно, — писал он в его запись о дне эксперимента «но сделать более толковый аппарат».

На следующий день он понял это правильно. Он взял глубокий стеклянный сосуд, закрепил в нем вертикально магнит с помощью воска, а затем наполнил сосуд ртутью, пока магнитный полюс не оказался прямо над поверхностью. Он окунул в ртуть жесткую проволоку и подключил аппарат к батарее. Когда ток проходил через цепь, он создавал вокруг провода круговое магнитное поле. Когда ток в проводе взаимодействовал с постоянным магнитом, закрепленным на дне тарелки, провод вращался по часовой стрелке. С другой стороны аппарата закрепляли проволоку и позволяли магниту свободно двигаться, что он и делал по кругу вокруг проволоки.

Полезную анимацию аппарата Фарадея см. этот учебник создан Национальной лабораторией сильного магнитного поля. И если вы хотите построить свой собственный двигатель Фарадея, это видео поможет вам сделать это:

Несмотря на то, что устройство Фарадея было прекрасным доказательством концепции, оно было не совсем полезным, разве что в качестве салонного трюка. Вскоре люди стали раскупать карманные моторы в качестве новинок. Хотя оригинального двигателя Фарадея больше не существует, тот, что он построил в следующем году делает; он находится в коллекции Королевского института и изображен вверху. Это простое на вид приспособление — самый ранний образец электродвигателя, первое устройство, превращающее электрическую энергию в механическое движение.

Последствия изобретения Фарадея

Фарадей знал силу быстрой публикации, и менее чем за месяц он написал статью «О некоторых новых электромагнитных движениях и теории электромагнетизма», которая была опубликована в следующем номере журнала. Ежеквартальный журнал науки, литературы и искусства. К сожалению, Фарадей не оценил необходимости полного признания вклада других в открытие.

В течение недели после публикации Хамфри Дэви нанес своему подопечному сокрушительный удар, обвинив Фарадея в плагиате.

У Дэви было общеизвестно чувствительное эго. Он также был расстроен тем, что Фарадей не смог должным образом поверить своему другу. Уильям Хайд Волластон , более года изучавший проблему вращательного движения с токами и магнитами. Фарадей упоминает в своей статье обоих мужчин, а также Ампера, Эрстеда и некоторых других. Но он никого не считает соавтором, влиятельным лицом или сопервооткрывателем. Фарадей не работал непосредственно с Дэви и Волластоном над их экспериментами, но он подслушал разговор между ними и понял направление их работы. Кроме того, было (и остается) обычной практикой указывать имя вашего консультанта в ранних публикациях.

Когда репутация Фарадея начала затмевать репутацию его наставника, Фарадей сделал несколько ошибок, ориентируясь в беспощадном и чувствительном ко времени мире академических публикаций.

Фарадей боролся за то, чтобы очистить свое имя от обвинения в плагиате, и в основном ему это удалось, хотя его отношения с Дэви оставались натянутыми. Когда Фарадей был избран членом Королевского общества в 1824 году, единственный голос против был подан президентом общества Гемфри Дэви.

Фарадей избегал работы в области электромагнетизма в течение следующих нескольких лет. Был ли это его собственный выбор или выбор, навязанный ему тем, что Дэви возложил на него трудоемкие обязанности в Королевском институте, остается открытым.

Одним из заданий Фарадея было спасти финансы Королевского института, что он и сделал, оживив серию лекций и представив популярную рождественскую лекцию. Затем, в 1825 году, Королевское общество попросило его возглавить Комитет по улучшению стекла для оптических целей, попытку возродить британскую стекольную промышленность, которая уступила позиции французским и немецким производителям линз. Это была утомительная бюрократическая работа, которую Фарадей выполнял как патриотический долг, но тяжелая работа и неустанные неудачи наносили моральный урон.

Эксперименты Фарадея 1831 года привели к созданию трансформатора и динамо-машины

В 1831 году, через два года после смерти Дэви и после завершения работы Фарадея в комитете по стеклу, он вернулся к экспериментам с электричеством посредством акустики. Он объединился с Чарльз Уитстон для изучения звуковых колебаний. Фарадея особенно интересовало, как можно увидеть звуковые колебания, когда смычок скрипки тянут по металлической пластине, слегка покрытой песком, создавая отчетливые узоры, известные как фигуры Хладни. В этом видео показано явление в действии:

Резонансный эксперимент! (Полная версия — со звуками) www.youtube.com

Фарадей изучал нелинейные стоячие волны, образующиеся на поверхности жидкости, которые теперь известны как волны Фарадея или рябь Фарадея. Он опубликовал свое исследование, «Об особом классе акустических фигур и о некоторых формах, принимаемых группами частиц на вибрирующих упругих поверхностях», в Королевском обществе Philosophical Transactions .

Все еще убежденный в том, что электричество каким-то образом вибрирует, Фарадей задался вопросом, может ли электрический ток, проходящий через проводник, индуцировать ток в соседнем проводнике. Это привело его к одному из его самых известных изобретений и экспериментов: индукционное кольцо . 29 августа 1831 года Фарадей подробно описал в своей записной книжке свой эксперимент со специально приготовленным железным кольцом. Он обернул одну сторону кольца тремя отрезками изолированного медного провода, каждый длиной около 24 футов (7 метров). С другой стороны он обмотал около 60 футов (18 метров) изолированного медного провода. (Хотя он описывает только собранное кольцо, ему, вероятно, понадобилось много дней, чтобы намотать проволоку. Современные экспериментаторы, создавшие копию, потратили на это 10 дней.) Затем он начал заряжать одну сторону кольца и наблюдать за воздействием на магнитное поле. игла на небольшом расстоянии. К его удовольствию, он смог индуцировать электрический ток от одного набора проводов к другому, создав таким образом первый электрический трансформатор.

Фарадей продолжал экспериментировать до осени 1831 года, на этот раз с постоянным магнитом. Он обнаружил, что может производить постоянный ток, вращая медный диск между двумя полюсами постоянного магнита. Это была первая динамо-машина и прямой предок действительно полезных электродвигателей.

Через двести лет после открытия электродвигателя Майкла Фарадея по праву помнят за все его работы в области электромагнетизма, а также за его навыки химика, лектора и экспериментатора.