Законы электромагнитной индукции Фарадея • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

После того как в начале XIX века было установлено, что электрические токи порождают магнитные поля (см. Открытие Эрстеда, Закон Био—Савара), ученые заподозрили, что должна наблюдаться и обратная закономерность: магнитные поля должны каким-то образом производить электрические эффекты. В 1822 году в своей записной книжке Майкл Фарадей записал, что должен найти способ «превратить магнетизм в электричество». На решение этой задачи у него ушло почти десять лет.

Не раз за эти годы он возвращался к этой проблеме, пока не придумал серию экспериментов, кажущихся крайне незамысловатым по современным меркам. На железную катушку в форме бублика, например, он с одной стороны намотал плотные витки длинного, заизолированного от железного сердечника проводника, подключаемые к сильной электрической батарее, а с другой — плотные витки электрического проводника, подключенного к гальванометру — прибору для обнаружения электрического тока. Железный сердечник был нужен для «поимки» силовых линий образующегося магнитного поля и передачи их внутрь контура второй обмотки.

Первые результаты пришли не сразу. Сначала, сколько Фарадей ни наблюдал за своей установкой, при протекании электрического тока по первичной обмотке тока во вторичной обмотке не возбуждалось. Могло показаться, что предположения Фарадея относительно «преобразования» электричества в магнетизм и обратно ошибочны. И тут на помощь пришел случай: обнаружилось, к полному удивлению Фарадея, что стрелка гальванометра в цепи вторичной обмотки скачкообразно отклоняется от нулевого положения лишь при подключении или отключении батареи. И тогда Фарадея посетило великое прозрение: электрическое поле возбуждается лишь при

изменении магнитного поля. Самого по себе присутствия магнитного поля недостаточно. Сегодня эффект возникновения электрического поля при изменении магнитного физики называют электромагнитной индукцией.

Повторяя свои опыты и анализируя результаты, Фарадей вскоре пришел к выводу, что протекающий по контуру электрический заряд пропорционален изменению т. н. магнитного потока, проходящего через него. Представьте себе, что замкнутый электропроводящий контур положен на лист бумаги, через который проходят силовые линии магнитного поля. Магнитным потоком называется произведение площади контура на напряженность (условно говоря, число силовых линий) магнитного поля, проходящего через эту площадь перпендикулярно ей. В первоначальной формулировке закон электромагнитной индукции Фарадея гласил, что при изменении магнитного потока, проходящего через контур, по проводящему контуру протекает электрический заряд, пропорциональный изменению магнитного потока, который возбуждается без всякого внешнего источника питания типа электрической батареи. Не будучи до конца удовлетворенным формулировкой, в которой фигурировала столь трудноизмеримая величина, как электрический заряд, Фарадей вскоре объединил свой закон с законом Ома и получил формулу (иногда ее принято называть

вторым законом электромагнитной индукции Фарадея) для определения электродвижущей силы, возникающей в результате изменения магнитного потока через контур.

Изменить магнитный поток через контур можно тремя способами:

• изменить площадь контура;
• изменить интенсивность магнитного поля;
• изменить взаимную ориентацию магнитного поля и плоскости, в которой лежит контур.

Последний метод работает, поскольку при таком движении изменяется проекция магнитного поля на перпендикуляр к площади контура, хотя ни напряженность магнитного поля, ни площадь контура не меняются. Это очень важно с практической точки зрения, поскольку именно это явление лежит в основе действия любого электрогенератора. В самом простом варианте генератора проволочный контур вращается между полюсами сильного магнита. Поскольку в процессе вращения магнитный поток, проходящий через контур, постоянно меняется, по нему всё время протекает электрический ток. Согласно правилу Ленца, на протяжении одного полуоборота контура ток будет течь в одну сторону, а на протяжении следующего полуоборота — в другую. Собственно, по этому принципу и вырабатывается так хорошо нам знакомый

переменный ток, который поступает в дома жителей всего мира по сетям энергоснабжения. И не важно, что частота его в Америке равна 60 герц, а в Европе — 50 герц; важен сам принцип его получения. А тот факт, что американские генераторы совершают 60 оборотов в секунду, а европейские — 50 оборотов в секунду, — это уже дань исторической традиции.

Электрогенераторы играли, играют и будут играть важнейшую роль в развитии нашей технологической цивилизации, поскольку позволяют получать энергию в одном месте, а использовать ее в другом. Паровая машина, например, может преобразовывать энергию сгорания угля в полезную работу, но использовать эту энергию можно только там, где установлены угольная топка и паровой котел. Электростанция же может размещаться весьма далеко от потребителей электроэнергии — и, тем не менее, снабжать ею заводы, дома и т. п.

Рассказывают (скорее всего, это всего лишь красивая сказка), будто Фарадей, демонстрировал прототип электрогенератора Джону Пилу (John Peel), Канцлеру казначейства Великобритании, и тот спросил ученого: «Хорошо, мистер Фарадей, всё это очень интересно, а какой от всего этого толк?»

«Какой толк? — якобы удивился Фарадей. — Да вы знаете, сэр, сколько налогов в казну эта штука со временем будет приносить?!»

См. также:

Опыты Фарадея

В 1820 году было произведено открытие магнитного пола вокруг проводника Эрстедом. В то время производилось много опытов и экспериментов, связанных с электричеством. Фарадей эмпирически открыл явление электромагнитной индукции 29 августа 1831 года. Он обнаружил явление у стационарных проводников при замыкании и размыкании цепи.

Позже было доказано, что явление электромагнитной индукции появляется при движении катушек с токами друг с другом. Еще 17 октября из лабораторного журнала было видно обнаружение индукционного тока во время введения и удаления магнита из катушки. В течение месяца все особенности изучил Фарадей.

Именно он сумел объяснить явления диа- и парамагнетизма, объясняя это тем, что материалы, располагаемые в пределах магнитного поля ведут себя по-разному: ориентируются по полю, как пара- и ферромагнетики, или поперек, как диамагнетики.

Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция

Опыты Фарадея известны из школьного курса, наглядно представленные на рисунке.

Рисунок 3.1. Возникновение электрического тока при поднесении или вытягивании катушки с левой стороны и возникновение электрического тока с двумя близко расположенными катушками справа.

Рисунок 3.2. Возникновение электрического тока при соединении катушек сердечником.

Определение 1

На данный момент опыты Фарадея называют классическими и применяют для обнаружения электромагнитной индукции:

1. Замыкание гальванометра на соленоиде. В соленоид опускается постоянный магнит, перемещая который, фиксируются отклонения стрелки гальванометра. Это говорит о наличии индукционного тока. Если увеличить скорость перемещения магнита относительно катушки, тогда стрелка гальванометра отклонится еще сильнее. Это говорит о том, что произошла замена полей. Магнит может быть неподвижным или передвижение соленоида происходит относительно магнита.
2. Две катушки. Производится установка одной в другую. Концы одной из них подключаются с гальванометром. Другая катушка подвергается прохождению тока. При его подаче и отключении стрелка гальванометра изменяет свое положение. В этом случае катушки должны находиться в движении относительно друг друга. Стрелка гальванометра уменьшает значение при его включении.

Определение 2

При изменении потока вектора индукции, пронизывающего проводящий контур, происходит возникновение электрического тока, что называется явлением электромагнитной индукции, а такой ток – индукционным.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Явление электромагнитной индукции и опыты

Обобщив все результаты, Фарадей выявил, что возникновение индукционного тока возможно при изменении потока магнитной индукции, сцепленного с контуром. Тогда величина индукционного тока не имеет связи с изменением потока, а только со скоростью его изменения. Фарадей доказал, что величина отклонения стрелки гальванометра связана со скоростью перемещения магнита относительно друг друга.

Определение 3

Исходя из 2 опытов Майкла Фарадея, Максвелл сумел описать и сформулировать основной закон электромагнитной индукции.

Основываясь на нем, электродвижущая сила индукции в замкнутом контуре равняется скорости изменения магнитного потока dΦdt через поверхность, которая ограничена контуром εi=-dΦdt.

Из формулы следует, что Φ=BS →cos α — магнитный поток, а α — угол, расположенный между вектором B→ и нормалью к плоскости контура. Знак минуса характеризует правило Ленца.

Суть опытов Фарадея в том, что с помощью явления электромагнитной индукции видна связь электрического и магнитного полей. Появление электрического поля возможно при изменении магнитного.

Определение 4

Его природа отличается от электростатического тем, что не имеет связи с электрическими зарядами, а линии напряженности не могут заканчиваться или начинаться. Их считают замкнутыми

, а такое образовавшееся поле вихревым.

формулировка закона Фарадея, физическая формула

Возникновение электродвижущей силы индукции было важнейшим открытием в области физики. Оно явилось основополагающим для развития технического применения этого явления.

Майкл Фарадей

История

В 20-е годы 19-го века датчанин Эрстед наблюдал за отклонением магнитной стрелки при расположении ее рядом с проводником, по которому протекал электроток.

Это явление захотел исследовать ближе Майкл Фарадей. С большим упорством он преследовал свою цель – преобразовать магнетизм в электричество.

Первые опыты Фарадея принесли ему ряд неудач, так как он изначально считал, что значительный постоянный ток в одном контуре может сгенерировать ток в рядом находящемся контуре при условии отсутствия электрической связи между ними.

Исследователь видоизменил эксперименты, и в 1831 году они увенчались успехом. Опыты Фарадея начинались с наматывания медной проволоки вокруг бумажной трубки и соединения ее концов с гальванометром. Затем ученый погружал магнит внутрь катушки и замечал, что стрелка гальванометра давала мгновенное отклонение, показывая, что в катушке был индуцирован ток. После вынимания магнита наблюдалось отклонение стрелки в противоположном направлении. Вскоре в ходе других экспериментов он заметил, что в момент подачи и снятия напряжения с одной катушки появляется ток в рядом находящейся катушке. Обе катушки имели общий магнитопровод.

Опыты Фарадея

Многочисленные опыты Фарадея с другими катушками и магнитами были продолжены, и исследователь установил, что сила индуцированного тока зависит от:

• количества витков в катушке;
• силы магнита;
• скорости, с которой магнит погружался в катушку.

Термин «электромагнитная индукция» (эми) относится к явлению, что ЭДС генерируется в проводнике переменным внешним магнитным полем.

Формулирование закона электромагнитной индукции

Словесная формулировка закона электромагнитной индукции: индуцированная электродвижущая сила в любом замкнутом контуре равна отрицательной временной скорости изменения магнитного потока, заключенного в цепь.

Это определение математически выражает формула:

Е = — ΔΦ/ Δt,

где Ф = В х S, с плотностью магнитного потока В и площадью S, которую пересекает перпендикулярно магнитный поток.

Дополнительная информация. Существуют два разных подхода к индукции. Первый – объясняет индукцию с помощью силы Лоренца и ее действия на движущийся электрозаряд. Однако в определенных ситуациях, таких как магнитное экранирование или униполярная индукция, могут возникнуть проблемы в понимании физического процесса. Вторая теория использует методы теории поля и объясняет процесс индукции с помощью переменных магнитных потоков и связанных с ними плотностей этих потоков.

Физический смысл закона электромагнитной индукции формулируется в трех положениях:

1. Изменение внешнего МП в катушке провода индуцирует в ней напряжение. При замкнутой проводящей электроцепи индуцированный ток начинает циркулировать по проводнику;
2. Величина индуцированного напряжения соответствует скорости изменения магнитного потока, связанного с катушкой;
3. Направление индукционной ЭДС всегда противоположно причине, ее вызвавшей.

Закон электромагнитной индукции

Важно! Формула для закона электромагнитной индукции применяется в общем случае. Не существует известной формы индукции, которая не может быть объяснена изменением магнитного потока.

ЭДС индукции в проводнике

Для расчета индукционного напряжения в проводнике, который движется в МП, применяют другую формулу:

E = — B x l x v х sin α, где:

• В – индукция;
• l – протяженность проводника;
• v – скорость его движения;
• α – угол, образованный направлением перемещения и векторным направлением магнитной индукции.

Важно! Способ определения, куда направлен индукционный ток, создающийся в проводнике: располагая правую руку ладонью перпендикулярно вхождению силовых линий МП и, отведенным большим пальцем указывая направление перемещения проводника, узнаем направление тока в нем по распрямленным четырем пальцам.

Правило правой руки

Законы электролиза

Исторические опыты Фарадея в 1833 году были связаны и с электролизом. Он брал пробирку с двумя платиновыми электродами, погруженными в растворенный хлорид олова, нагретый спиртовой лампой. Хлор выделялся на положительном электроде, а олово – на отрицательном. Затем он взвешивал выделившееся олово.

В других опытах исследователь соединял емкости с разными электролитами последовательно и замерял количество осаждающегося вещества.

На основании этих экспериментов формулируются два закона электролиза:

1. Первый из них: масса вещества, выделяемого на электроде, прямо пропорциональна количеству электричества, пропускаемого через электролит. Математически это записывают так:

m = K x q, где К – константа пропорциональности, называемая электрохимическим эквивалентом.

Сформулируйте его определение, как масса вещества в г, высвобождаемая на электроде при прохождении тока в 1 А за 1 с либо при прохождении 1 Кл электричества;

Первый закон электролиза

2. Второй закон Фарадея гласит: если одинаковое количество электричества пропускается через разные электролиты, то количество веществ, высвобождаемых на соответствующих электродах, прямо пропорционально их химическому эквиваленту (химический эквивалент металла получается путем деления его молярной массы на валентность – M/z).

Для второго закона электролиза используется запись:

К = 1/F x M/z.

Здесь F – постоянная Фарадея, которая определяется зарядом 1 моля электронов:

F = Na (число Авогадро) х e (элементарный электрозаряд) = 96485 Кл/моль.

Запишите другое выражение для второго закона Фарадея:

m1/m2 = К1/К2.

Второй закон электролиза

Например, если взять две соединенных последовательно электролитических емкости, содержащие раствор AgNO 3 и CuSO 4, и пропустить через них одинаковое количество электричества, то соотношение массы осажденной меди на катоде одной емкости к массе осажденного серебра на катоде другой емкости будет равно отношению их химических эквивалентов. Для меди это – 63,5/2, для серебра – 108/1, значит:

m1/m2 = 63,5/(2 х 108).

Теория электромагнетизма со времен Фарадея продолжала развиваться. В середине 20-го века для закона индукции была применена формулировка в рамках квантовой теории электромагнитных полей – квантовой электродинамики. Сегодня, благодаря большой технической области использования, она представляет собой одну из наиболее точных физических теорий, проверенных посредством экспериментов.

Видео

Оцените статью:

«Я превращал магнетизм в электричество». Майкл Фарадей. (Явление электромагнитной индукции)

Тип урока: объяснение нового материала.

Цели: познакомить с явлением электромагнитной индукции;  ввести понятие «индукционный ток»; уметь анализировать экспериментальные данные и результаты наблюдений.

Задачи:

• Образовательная. Актуализация знаний о магнитных явлениях и продолжение их изучения.
• Развивающая. Развитие творческих способностей учащихся, формирование умений находить ответы на вопросы, делать самостоятельные выводы и анализировать факты в ходе обсуждения демонстрационных опытов.
• Воспитательная. Воспитание культуры речи учащихся, умение к самостоятельному исследованию, к совместной и коллективной работе в группе, рациональном разделении труда, к уважению чужой точки зрения.

Оборудование: интерактивная доска; катушка (2 шт.), демонстрационный гальванометр, ключ, соединительные провода, источник тока.

Структура урока

Этапы урока	Средства и методы обучения	Необходимое время
1. Введение	Орг. момент. Проверка отсутствующих. Объявление целей и задач урока	5 минут
2. Проверка домашнего задания	Тестирование с использованием системы голосования «Вердикт»	10 минут
3. Объяснение нового материала	Слайд шоу «Майкл Фарадей». Демонстрационные опыты.	15 минут
4. Закрепление	Кроссворд «Магнитные явления»	10минут
5. Итог урока	Выставление оценок. Домашнее задание.	5 минут

Ход урока

1. Введение.

Здравствуйте, ребята.  Сегодня мы продолжим разговор о магнитном поле. И сегодня на роке мы познакомимся с очень интересным явлением, связанным с магнитным полем и с гениальным ученым, автором этого явления Майклом Фарадеем. Но прежде, чем приступить к новой теме, я бы хотела проверить, что вы усвоили  на прошлом уроке.

2. Проверка домашнего задания.

I группа

2. Магнитное поле создается…

А) неподвижными заряженными частицами.
Б) движущимися заряженными частицами.
В) неподвижными ионами.

2. Линии магнитного поля в пространстве вне  постоянного магнита…

А) начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на южном.
Б) начинаются на южном полюсе магнита, заканчиваются на  северном.
В) начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности.

3. Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа, ток направлен от нас. Выберите рисунок, изображающий магнитное поле такого проводника с током.

4. В однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции поместили прямолинейный проводник, по которому течет ток 0,6А. Сила со стороны магнитного поля 2А действует на каждые 20см длины провода. Индукция поля равна:

А) 0,015 Тл.
Б) 1,5 Тл.
В) 6 Тл.

5. Разноименные магнитные полюсы…, а одноименные -…

А) … притягиваются, …отталкиваются.
Б) … отталкиваются, …притягиваются.

II группа (программа голосования Вердикт)

1. Магнитное поле создается…

1) неподвижными заряженными частицами;
2) движущимися заряженными частицами;
3) собственными частицами.

2. Какое явление наблюдают в опыте Эрстеда?

1) поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током;
2) взаимодействие двух заряженных стрелок;
3) взаимодействие двух проводников с током.

3. Линии однородного магнитного поля…

1) искривлены, их густота меняется от точки к точке;
2) параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой;
3) расположены хаотично.

4. С помощью правила буравчика можно определить…

1) направление линий магнитного поля;
2) направление силы магнитного поля;
3) направление положительно заряженной частицы.

5. Определить индукцию магнитного поля проводника, по которому протекает ток 4 А, если поле действует с силой 0,4 Н на каждые 10 см проводника.

1) 0,5 Тл.
2) 2  Тл.
3) 1 Тл.

3. Объяснение нового материала.

Сегодня мы продолжим разговор о магнитное поле. Для начала, давайте вспомним, что нам известно о магнитном поле.

• Что называется магнитным полем? Каковы его основные свойства?

Ученик:  Магнитное поле это особый вид материи. Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током. Магнитное поле действует на тела, следовательно обладает энергией. Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.

• Как изображается магнитное поле?

Ученик: Для наглядного представления магнитного поля используют магнитные линии. Это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

• Что представляют  собой линии магнитного  поля прямого проводника с током?

Ученик: Магнитные линии  прямого проводника с током представляют собой концентрические окружности , лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.

• Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?

Ученик: Магнитное поле порождается движущимися заряженными частицами. Электрический ток- это упорядоченное движение заряженных частиц. Следовательно, электрический ток порождает магнитное поле (вокруг проводника стоком существует магнитно поле).

• Чем объяснить, что магнитная стрелка компаса устанавливается в данном месте Земли в определенном направлении?

Ученик: Вокруг Земли существует магнитное поле и магнитная стрелка компаса устанавливается вдоль его магнитных линий.

• Приведите опыт, доказывающий связь между направлением тока в проводнике и направлением линий магнитного поля.

Ученик: При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180°.

• Что можно определить, используя правило буравчика?

Ученик: С помощью правила  буравчика по направлению тока можно определить направление линий магнитного поля, создаваемого этим током. А по направлению линий магнитного поля- направление тока, создающего это поле.

• От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

Ученик: Направление силы, действующей на проводник с током зависит от направления тока  и направления линий магнитного поля.

• Как называется величина, служащая количественной характеристикой магнитного поля?

Ученик:  Эта величина получила название магнитной индукции. Магнитная индукция- векторная  величина. Направление магнитной индукции выбрано перпендикулярно направлению тока и направлению силы, с которой поле действует на ток.
  
Итак,  вокруг  электрического тока существует магнитное поле. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. Если электрический ток порождает магнитное поле, то не может ли магнитное поле, порождать электрический ток в проводнике. Впервые такую задачу решил английский ученый Майкл Фарадей. Давайте познакомимся с этим гениальным ученым немного поближе.

Слайд-шоу «Майкл Фарадей» (комментарии к слайд шоу):

1 слайд — Майкл Фарадей родился в Лондоне в семье кузнеца. Мальчик смог получить лишь начальное образование.

2 слайд — С двенадцати лет он работал, сначала разносчиком газет, затем подмастерьем в переплетной мастерской. Однако недостаток знаний Фарадей компенсирует самообразованием. В 1813 один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные билеты на лекции великого химика Гемфри Дэви в Королевском институте. Эти лекции сыграли большую роль в решении Фарадея посвятить себя науке.

3 слайд — Все основные работы по электричеству и магнетизму Фарадей представлял Королевскому обществу в виде серий докладов на протяжении 24 лет под названием Экспериментальные  исследования по электричеству. Однажды, когда он не явился на заседание королевского общества, его спросили, по какой причине он не пришел. Он ответил: «Я занимался более важным делом- я превращал магнетизм в электричество.»
После открытия в 1820 Х. Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла  проблема связи между электричеством и магнетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество».

Давайте рассмотрим упрощенный вариант опытов Фарадея:

1. Подключим к чувствительному гальванометру катушку с большим числом витков. Перемещая вдоль катушки постоянный магнит, мы увидим, что, пока магнит движется, стрелка гальванометра отклоняется. То есть в катушке возникает электрический  ток. Как только магнит останавливается, этот ток исчезает . При движении магнита в обратном направлении электрический ток в катушке возникает вновь, но направление тока теперь будет так же противоположно первому. Ток, который возникает в катушке, когда относительно нее движется постоянный магнит, назвали индукционным. (Слово «индукционный» образовано от латинского слова inductio — наведение.) Этот ток в катушке индуцируется, т. е. наводится движущимся магнитом. Можно двигать не магнит, а катушку относительно магнита; и здесь мы вновь обнаружим индукционный ток.

2. Подключим одну катушку к источнику тока  и вставим во вторую, подключенную к гальванометру. При движении катушки, по которой идет ток внутри второй, также возникает индукционный ток, существование которого демонстрирует нам гальванометр.

3. При замыкании и размыкании цепи первой катушки  происходит изменение силы тока, а следовательно изменение магнитного поля вокруг нее, и мы также наблюдаем  наличие индукционного тока во второй катушке.

Из опытов видно, что само существование магнитного поля недостаточно. И тогда Фарадея посетило великое прозрение: электрическое поле возбуждается лишь при изменении магнитного поля. Сегодня эффект возникновения электрического поля при изменении магнитного физики называют электромагнитной индукцией.

Явление электромагнитной индукции: при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

4 слайд — В 1824 Фарадей был избран членом Королевского общества, а через год стал директором лаборатории в Королевском институте. Величайшей заслугой Фарадея стало то, что он высказал идею об электрическом и магнитном поле.

5 слайд — Он не мог математически развить эти идеи, и в его монументальной работе «Экспериментальные исследования электричества» нет ни одного уравнения! Однако именно идеи Фарадея легли в основу уравнений Максвелла. Позднее Эйнштейн говорил, что в развитии электромагнетизма Фарадей по отношению к Максвеллу – то же самое, что в развитии механики Галилей по отношению к Ньютону.

6 слайд —  Однажды после лекции Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошел богатый коммерсант, оказывавший обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:

— Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта магнитная индукция!?

— А для чего годится только что родившийся ребёнок? — ответил рассердившийся Фарадей. На вопрос коммерсанта в последующие годы ответили многие учёные и изобретатели, и прежде всего, Вернер фон Сименс (1816-1892), изобретший в 1866г. динамо-машину, положившую основу для промышленного производства электроэнергии.

7слайд — На счету великого ученого более 10 открытий в области химии и физики.

8 слайд — Никакие почести не уменьшили природную скромность Фарадея. Он отказался от дворянского звания, президентства в Королевском обществе, крупных гонораров и даже от государственной пенсии. Следуя его воле, на его надгробии в Вестминстерском аббатстве выбито лишь два слова — Майкл Фарадей.

Имя Майкла Фарадея и его открытия  заняли  достойное место среди  гениальных ученых человечества. Его имя вошло в историю физики и в честь этого гениального ученного была названа единица измерения емкости.

4. Закрепление.

Итак, подведем итоги. Внимание на доску.

Вид интерактивной доски

Кроссворд «Магнитные явления»

1. Наука о природе. (Физика)

2.

Когда с тобою этот друг
Ты можешь без дорог
Шагать на север и на юг
На запад и восток.
(Компас)

3. Прибор, показывающий наличие тока в цепи. (Гальванометр)

4 Тело, способное притягивать к себе железные тела. (Магнит)

5. Физическая величина, характеризующая магнитное поле. (Индукция)

6. Единица измерения магнитной индукции.  (Тесла)

7. Ученый, основоположник экспериментальной физики. (Галилей)

5. Итог урока.

Выставление оценок.  Дом. задание.

Майкл Фарадей

Официально:

Майкл Фарадей. 22 сентября 1791 – 25 августа 1867. Английский физик и химик. Член Лондонского королевского общества,  иностранный почётный член Петербургской академии наук. Открыватель.

 

Неофициально:

1. Гельмгольц как-то сказал о Фарадее: «Немного проволоки и несколько старых кусков дерева с железом дают ему возможность сделать величайшие открытия». Именно так: Фарадей открыл электромагнитную индукцию, химическое  действие тока, законы электролиза, диамагнетизм, продольный магнитооптический эффект, получивший его имя. Он первым предсказал электромагнитные волны, создал первую модель электродвигателя, собрал первый трансформатор.  До Фарадея наука не знала терминов ион, катод, анод, электролит, диэлектрик, диамагнетизм.

 

2. Английский гений Майкл Фарадей  родился в бедной семье. Его отец и старший брат были кузнецами, но доходы семьи не позволили Майклу закончить даже среднюю школу.

 

3. В кузницу Фарадей-младший не пошел, а нанялся в книжную лавку – рассыльным. Потом его взяли учеником в переплетную мастерскую при лавке, там Майкл и пристрастился к чтению.  

 

4. Фарадея особенно влекли книги по физике и химии. Статья об электричестве в Британской энциклопедии определила научные пристрастия. Материальная помощь брата-кузнеца позволила обустроить нехитрую домашнюю лабораторию и посещать частные лекции по физике и астрономии.

 

5. Покупатели книг заметили любознательного парня. Один из них подарил ему билет на цикл публичных лекций выдающегося химика и физика Гемфри Дэви в Королевском институте.

 

6. Потом Фарадей решился на, говоря его словами, «смелый и наивный шаг». Он переплел подробно записанные лекции Дэви и отправил их тому вместе с просьбой взять его на работу в Королевский институт. Через несколько месяцев мечта Фарадея сбылась: Дэви пригласил его на должность лаборанта.

 

7. Вскоре Дэви взял Фарадея в двухлетнее путешествие по научным центрам Европы. Помощник и секретарь встречался вместе с патроном с великими современниками, в числе которых были  Ампер, Гей-Люссак, Вольта.

 

8. В Королевском институте Фарадею положили хороший по тем временам оклад – 30 шиллингов, и он с головой окунулся в работу. Одна за другой пошли научные публикации. Через шесть лет Фарадей вошел в ту же аудиторию Философского общества, где слушал общедоступные лекции, и занял там кафедру лектора.

 

9. Фарадей заслужил славу «короля экспериментаторов». Всю жизнь великий ученый вёл дневники своих опытов. Последний эксперимент по электромагнетизму помечен в очередной тетради номером 16041. А  всего за свою жизнь  замечательный ученый провел чуть не 30000 экспериментов. Дневники его опытов изданы – уже в XX веке.

 

10. Тридцати лет Фарадей женился на мисс Бернард, своей подружке с самого детства. Ее семья принадлежала к той же секте «зандеманов», членом которой была и семья Фарадей. Брак оказался счастливым, супруги прожили 45 лет. «Никогда, я думаю, не было более мужественной, более чистой и более постоянной любви…», – писал друг их семьи.

 

11. 17 октября 1831 года Фарадей обвил вокруг металлического кольца два провода, один подсоединил к батарее и обнаружил ток в другом. Так была открыта электромагнитная индукция. И родилось все современное электричество. 

 

12. После одной из лекций Фарадея премьер Англии Гладстон спросил его: «А какую практическую пользу принесут ваши открытия?». Фарадей ответил: «Этого я еще не знаю, но могу вас заверить, что еще при жизни вы будете взимать с них налоги».

 

13. В 1853 году Фарадей  исследовал модное в те годы «столоверчение» и уверенно заявил, что стол движется вовсе не духами умерших, которых вызвал медиум, а бессознательными движениями пальцев участников. Оккультисты возмутились, но Фарадей язвительно парировал, что примет претензии только от самих духов.

 

14. Гемфри Дэви – и сам крупный ученый –  своим главным открытием в жизни впоследствии считал открытие миру Майкла Фарадея.

 

15. Рассказывают, что Фарадей очень любил пить чай, и в обычную заварку из сушеного чайного листа ученый добавлял щепотки сушеных трав и цветов. Иной раз достаточно было всего нескольких былинок или лепестков, чтобы чай приобрел неожиданный вкус и аромат. Это натолкнуло физика на интересную мысль, и он провел опыты, добавляя в сталь небольшие количества хрома, марганца, ванадия и получая при этом новые свойства материала. Его опыты по легированию стали практического применения не имели, но в историю науки и техники вошли.

 

16. Научные заслуги Фарадея получили всемирное признание, он был избран членом Лондонского королевского общества, членом-корреспондентом Парижской академии наук. В общей сложности его избрали своим почетным членом едва не сто научных организаций по всему миру.

 

17. Современники очень высоко оценивали преподавательские качества профессора Королевского института Фарадея. Замечательный ученых отлично сочетал наглядность и доступность с глубиной рассмотрения предмета. Его научно-популярный шедевр для детей «История свечи» издаётся до сих пор.

 

18. Для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей Фарадей изобрел особое устройство – клетку Фарадея. Она представляет собой клетку, выполненную из хорошо токопроводящего материала. В шутку ее сравнивают с шапочкой из фольги, которая тоже защищает мозг от электромагнитных волн. А всерьез клетку Фарадея  используют для блокирования мобильной связи, в  микроволновых печах, комнатах с  устройствами для МРТ, в костюмах для электромонтажников и много где еще.

 

19. Всемирная слава не изменила Фарадея, он остался милым и скромным человеком и даже отказался от предложения возвести его в рыцарское достоинство. Его дважды хотели избрать президентом Королевского общества, но Фарадей отказался и от этой чести.

 

20. Королева Виктория высоко ценила Фарадея, приглашала его к себе на ланч и предоставила  ученому в пожизненное пользование дом, входящий в дворцовый комплекс Хэмптон-Корт. При этом все домовые расходы и налоги королева взяла на себя. В Хэмптон-Корте  Фарадей  провёл последние 9 лет жизни.

В каком году фарадей открыл электромагнитную индукцию

Ответ:

Следующим важным шагом в развитии электродинамики после опытов Ампера было открытие явления электромагнитной индукции. Открыл явление электромагнитной индукции английский физик Майкл Фарадей (1791 — 1867).

Фарадей, будучи еще моло дым ученым, так же как и Эрстед, думал, что все силы природы связаны между собой и, более того, что они способны превращаться друг в друга. Интересно, что эту мысль Фарадей высказывал еще до установления закона сохранения и превращения энергии. Фарадей знал об открытии Ампера, о том, что он, говоря образным языком, превратил злектричество в магнетизм. Раздумывая над этим открытием, Фарадей пришел к мысли, что если “электричество создает магнетизм” , то и наоборот, “магнетизм должен создавать электричество”. И вот еще в 1823 г. он записал в своем дневнике: “Обратить магнетизм в электричество”. В течение восьми лет Фарадей работал над решением поставленной задачи. Долгое время его преследовали неудачи , и, наконец, в 1831 г. он решил ее — открыл явление электромагнитной индукции.

во-первых, Фарадей обнаружил явление электромагнитной индукции для случая, когда катушки намотаны на один и тот же барабан. Если в одной катушке возникает или пропадает электрический ток в результате подключения к ней или отключения от нее гальванической батареи, то в другой катушке в этот момент возникает кратковременный ток. Этот ток обнаруживается гальванометром, который присоединен ко второй катушке.

Затем Фарадей установил также наличие индукционного тока в катушке, когда к ней приближали или удаляли от нее катушку, в которой протекал электрический ток.

наконец, третий случай электромагнитной индукции, который обнаружил Фарадей, заключался в том, что в катушке появлялся ток, когда в нее вносили или же удаляли из нее магнит.

Открытие Фарадея привлекло внимание многих физиков, которые также стали изучать особенности явления электромагнитной индукции. На очереди стояла задача установить общий закон электромагнитной индукции. Нужно было выяснить, как и от чего зависит сила индукционного тока в проводнике или от чего зависит значение электродвижущей силы индукции в проводнике, в котором индуцируется электрический ток.

Эта задача оказалась трудной. Она была полностью решена Фарадеем и Максвеллом позже в рамках развитого ими учения об электромагнитном поле. Но ее пытались решить и физики, которые придерживались обычной для того времени теории дальнодействия в учении об электрических и магнитных явлениях.

Кое-что этим ученым удалось сделать. При этом им по могло открытое петербургским академиком Эмилием Христиановичем Ленцем (1804 — 1865) правило для нахождения направления индукционного тока в разных случаях электромагнитной индукции. Ленц сформулировал его так: “Если металлический проводник движется поблизости от гальванического тока или магнита, то в нем возбуждается гальванический ток такого направления, что если бы данный проводник был неподвижным, то ток мог бы обусловить его перемещение в противоположную сторону; при этом предполагается, что покоящийся проводник может перемещаться только в направлении движения или в противоположном направлении”.

Это правило очень удобно для определения направления ицдукционного тока. Им мы пользуемся и сейчас, только оно сейчас формулируется несколько иначе, с упогребпением понятия электромагнитной индукции, которое Ленц не использовал.

Но исторически главное значение правила Ленца заключалось в том, что оно натолкнуло на мысль, каким путем подойти к нахождению закона электромагнитной индукции. Дело в том, что в атом правиле устанавливается связь между электромагнитной индукцией и явлением взаимодействии токов. Вопрос же о взаимодействии токов был уже решен Ампером. Поэтому установление этой связи на первых порах дало возможность определить выражение электродвижущей силы индукции в проводнике для ряда частных случаев.

В общем виде закон электромагнитной индукции, как мы об этом сказали, был установлен Фарадеем и Максвеллом.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Самоиндукция — возникновение ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре[1] при изменении тока, протекающего по контуру.

При изменении тока в контуре пропорционально меняется[2] и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром[3]. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС.

Это явление и называется самоиндукцией. (Понятие родственно понятию взаимоиндукции, являясь как бы его частным случаем).

Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током). Этим свойством ЭДС самоиндукции сходна с силой инерции.

Созданию первого реле предшествовало изобретение в 1824 г. англичанином Стардженом электромагнита — устройства, преобразующего входной электрический ток проволочной катушки, намотанной на железный сердечник, в магнитное поле, образующееся внутри и вне этого сердечника. Магнитное поле фиксировалось (обнаруживалось) своим воздействием на ферромагнитный материал, расположенный вблизи сердечника. Этот материал притягивался к сердечнику электромагнита.

Впоследствии эффект преобразования энергии электрического тока в механическую энергию осмысленного перемещения внешнего ферромагнитного материала (якоря) лег в основу различных электромеханических устройств электросвязи (телеграфии и телефонии), электротехники, электроэнергетики. Одним из первых таких устройств было электромагнитное реле, изобретенное американцем Дж. Генри в 1831 г.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: studopedia.ru

§ 5.1. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений. Вскоре после открытия Эрстеда он писал: «. представляется весьма необычным, чтобы, с одной стороны, всякий электрический ток сопровождался магнитным действием соответствующей интенсивности, направленным под прямым углом к току, и чтобы в то же время в хороших проводниках электричества, помещенных в сферу этого действия, совсем не индуцировался ток, не возникало какое-либо ощутимое действие, эквивалентное по силе такому току». Упорный труд в течение десяти лет и вера в успех привели Фарадея к открытию, которое впоследствии легло в основу устройства генераторов всех электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока. (Источники, работающие на других принципах: гальва-нические элементы, аккумуляторы, термо- и фотоэлементы — дают ничтожную долю вырабатываемой электрической энер-гии.)
Долгое время взаимосвязь электрических и магнитных явлений обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного: только меняющееся во времени магнитное поле может возбудить электрический ток в неподвижной катушке или же сама катушка должна двигаться в магнитном поле.
Открытие электромагнитной индукции, как назвал Фарадей это явление, было сделано 29 августа» 1831 г. Редкий случай, когда столь точно известна дата нового замечательного открытия. Вот краткое описание первого опыта, данное самим Фарадеем.
«На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной в 203 фута , и между витками ее намотана проволока такой же длины, но изолированная от первой хлоп-чатобумажной нитью. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с сильной батареей, состоящей из 100 пар пластин. При замыкании цепи удалось заметить внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометр, и то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить ни действия на гальванометр, ни вообще какого-либо индукционного действия на другую спираль, несмо- Рис. 5.1
тря на то что нагревание всей спирали, соединенной с батареей, и яркость искры, проскакивающей между углями, свидетельствовали о мощности батареи».
Итак, первоначально была открыта индукция в неподвижных друг относительно друга проводниках при замыкании и размыкании цепи. Затем, ясно понимая, что сближение или удаление проводников с током должно приводить к тому же результату, что и замыкание и размыкание цепи, Фарадей с помощью опытов доказал, что ток возникает при перемещении катушек относительно друг друга (рис. 5.1). Знакомый с трудами Ампера, Фарадей понимал, что магнит — это совокупность маленьких токов, циркулирующих в молекулах. 17 октября, как зарегистрировано в его лабораторном журнале, был обнаружен индукционный ток в катушке во время вдвигания (или выдвигания) магнита (рис. 5.2). В течение одного месяца Фарадей опытным путем открыл все существен- ные особенности явления электромагнитной индукции. Оста-валось только придать закону строгую количественную форму и полностью вскрыть физическую природу явления.
Уже сам Фарадей уловил то общее, от чего зависит появление индукционного тока в опытах, которые внешне выглядят по-разному.
В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий ток. При этом причина изменения числа линий магнитной индукции совершенно безразлична. Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, прони-зывающих неподвижный проводник вследствие изменения силы тока в соседней катушке, и изменение числа линий вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве (рис. 5.3).
Фарадей не только открыл явление, но и первым сконструировал несовершенную пока еще модель генератора электрического тока, превращающего механическую энергию вращения в ток. Это был массивный медный диск, вращающийся между полюсами сильного магнита (рис. 5.4). Присоединив ось и край диска к гальванометру, Фарадей обнаружил откло-
В

S нение стрелки. Ток был, правда, слаб, но найденный принцип позволил впоследствии построить мощные генераторы. Без них электричество и по сей день было бы мало кому доступной роскошью.
В проводящем замкнутом контуре возникает электрический ток, если контур находится в переменном магнитном поле или движется в постоянном во времени поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. Это явление называется электромагнитной индукцией.

Источник: scicenter.online

В каком году фарадей открыл электромагнитную индукцию

Майкл Фарадей родился в семье кузнеца. Кузнецом был и его старший брат Роберт, всячески поощрявший тягу Майкла к знаниям и на первых порах поддерживавший его материально. Мать Фарадея, трудолюбивая, мудрая, хотя и необразованная женщина, дожила до времени, когда ее сын добился успехов и признания, и по праву гордилась им.

Скромные доходы семьи не позволили Майклу окончить даже среднюю школу, и тринадцати лет он поступил учеником к владельцу книжной лавки и переплетной мастерской, где ему предстояло пробыть 10 лет. Все это время Фарадей упорно занимался самообразованием — прочитал всю доступную ему литературу по физике и химии, повторял в устроенной им домашней лаборатории опыты, описанные в книгах, посещал по вечерам и воскресеньям частные лекции по физике и астрономии. Деньги (по шиллингу на оплату каждой лекции) он получал от брата. На лекциях у Фарадея появились новые знакомые, которым он писал много писем, чтобы выработать ясный и лаконичный стиль изложения; он также старался овладеть приемами ораторского искусства.

Начало работы в Королевском институте

Один из клиентов переплетной мастерской, член Лондонского королевского общества Дено, заметив интерес Фарадея к науке, помог ему попасть на лекции выдающегося физика и химика Гемфри Дэвив Королевском институте. Фарадей тщательно записал и переплел четыре лекции и вместе с письмом послал их лектору. Этот «смелый и наивный шаг», по словам самого Фарадея, оказал на его судьбу решающее влияние. В 1813 Дэви (не без некоторого колебания) пригласил Фарадея на освободившееся место ассистента в Королевский институт, а осенью того же года взял его в двухгодичную поездку по научным центрам Европы. Это путешествие имело для Фарадея большое значение: он вместе с Дэви посетил ряд лабораторий, познакомился с такими учеными, как А. Ампер, М. Шеврель, Ж. Л. Гей-Люссак, которые в свою очередь обратили внимание на блестящие способности молодого англичанина.

Первые самостоятельные исследования. Научные публикации

После возвращения в 1815 в Королевский институт Майкл Фарадей приступил к интенсивной работе, в которой все большее место занимали самостоятельные научные исследования. В 1816 он начал читать публичный курс лекций по физике и химии в Обществе для самообразования. В этом же году появляется и его первая печатная работа.

В 1821 в жизни Фарадея произошло несколько важных событий. Он получил место надзирателя за зданием и лабораториями Королевского института (т. е. технического смотрителя) и опубликовал две значительные научные работы (о вращениях тока вокруг магнита и магнита вокруг тока и о сжижении хлора). В том же году он женился на Саре Бернард, дочери лондонского ювелира, которую знал еще девочкой. Вместе супруги прожили 46 лет.

В период до 1821 Майкл Фарадей опубликовал около 40 научных работ, главным образом по химии. Постепенно его экспериментальные исследования все более переключались в область электромагнетизма. После открытия в 1820 Гансом Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». Однако Фарадей продолжал и другие исследования, в том числе в области химии. Так, в 1824 ему первому удалось получить хлор в жидком состоянии.

Избрание в Королевское общество. Профессура

В 1824 Майкл Фарадей был избран членом Королевского общества, несмотря на активное противодействие Дэви, отношения с которым стали у Фарадея к тому времени довольно сложными, хотя Дэви любил повторять, что из всех его открытий самым значительным было «открытие Фарадея». Последний также воздавал должное Дэви, называя его «великим человеком».

В 1825 г. Фарадей был назначен директором лаборатории института, а спустя два года получил здесь же профессорскую кафедру. На новом месте Майкл больше занимался физикой. Действуя чисто эмпирически, 17 октября 1831 г. он обнаружил явление электромагнитной индукции: возникновение в цепи электрического тока при изменении внешнего магнитного поля. Успех принес опыт, кажущийся сейчас тривиальным: вокруг металлического кольца обвивалось два отдельных витка провода. По одному из них, соединенному с батареей, пропускался электрический ток. Целью ученого было выяснить, не возникнет ли ток в «мертвом» проводе под воздействием «живого». С прикладной точки зрения, была получена модель первой динамо-машины, которая через столетие полностью изменит облик Земли. Но эта сторона вопроса абсолютно его не интересовала. В течение последующих 25 лет он целенаправленно изучал только две вещи: способ, каким электрические и магнитные силы передаются в пространстве, и связь между этими силами и материей.

Закон электромагнитной индукции. Электролиз

В 1830, несмотря на стесненное материальное положение, Фарадей решительно отказывается от всех побочных занятий, выполнения любых научно-технических исследований и других работ (кроме чтения лекций по химии), чтобы целиком посвятить себя научным изысканиям. Вскоре он добивается блестящего успеха: 29 августа 1831 открывает явление электромагнитной индукции — явление порождения электрического поля переменным магнитным полем. Десять дней напряженнейшей работы позволили Фарадею всесторонне и полностью исследовать это явление, которое без преувеличения можно назвать фундаментом, в частности, всей современной электротехники. Но сам Фарадей не интересовался прикладными возможностями своих открытий, он стремился к главному — исследованию законов Природы.

Открытие электромагнитной индукции принесло Фарадею известность. Но Майкл по-прежнему был очень стеснен в средствах, так что его друзья были вынуждены хлопотать о предоставлении ему пожизненной правительственной пенсии. Эти хлопоты увенчались успехом лишь в 1835. Когда же у Фарадея возникло впечатление, что министр казначейства относится к этой пенсии как к подачке ученому, он направил министру письмо, в котором с достоинством отказался от всякой пенсии. Министру пришлось просить извинения у Фарадея.

В 1833-34 Майкл Фарадей изучал прохождение электрических токов через растворы кислот, солей и щелочей, что привело его к открытию законов электролиза. Эти законы (Фарадея законы) впоследствии сыграли важную роль в становлении представлений о дискретных носителях электрического заряда. До конца 1830-х гг. Фарадей выполнил обширные исследования электрических явлений в диэлектриках.

Болезнь Фарадея. Последние экспериментальные работы

Постоянное огромное умственное напряжение подорвало здоровье Фарадея и вынудило его в 1840 прервать на пять лет научную работу. Вернувшись к ней вновь, Фарадей в 1848 открыл явление вращения плоскости поляризации света, распространяющегося в прозрачных веществах вдоль линий напряженности магнитного поля (Фарадея эффект). По-видимому, сам Фарадей (взволнованно написавший, что он «намагнитил свет и осветил магнитную силовую линию») придавал этому открытию большое значение. И действительно, оно явилось первым указанием на существование связи между оптикой и электромагнетизмом. Убежденность в глубокой взаимосвязи электрических, магнитных, оптических и других физических и химических явлений стала основой всего научного миропонимания Фарадея.

Другие экспериментальные работы Фарадея этого времени посвящены исследованиям магнитных свойств различных сред. В частности, в 1845 им были открыты явления диамагнетизма и парамагнетизма.

В 1855 болезнь вновь заставила Фарадея прервать работу. Он значительно ослабел, стал катастрофически терять память. Ему приходилось записывать в лабораторный журнал все, вплоть до того, куда и что он положил перед уходом из лаборатории, что он уже сделал и что собирался делать далее. Чтобы продолжать работать, он должен был отказаться от многого, в том числе и от посещения друзей; последнее, от чего он отказался, были лекции для детей.

Значение научных трудов

Даже далеко не полный перечень того, что внес в науку Фарадей, дает представление об исключительном значении его трудов. В этом перечне, однако, отсутствует то главное, что составляет громадную научную заслугу Фарадея: он первым создал полевую концепцию в учении об электричестве и магнетизме. Если до него господствовало представление о прямом и мгновенном взаимодействии зарядов и токов через пустое пространство, то Майкл Фарадей последовательно развивал идею о том, что активным материальным переносчиком этого взаимодействия является электромагнитное поле.

Об этом прекрасно написал Джеймс Клерк Максвелл, ставший его последователем, развивший далее его учение и облекший представления об электромагнитном поле в четкую математическую форму: «Фарадей своим мысленным оком видел силовые линии, пронизывающие все пространство. Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде».

Точка зрения на электродинамику с позиций концепции поля, основоположником которой был Фарадей, стала неотъемлемой частью современной науки. Труды Фарадея ознаменовали наступление новой эры в физике.

Источник: sites.google.com

Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция – явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем.

• На одну непроводящую основу были намотаны две катушки: витки первой катушки были расположены между витками второй. Витки одной катушки были замкнуты на гальванометр, а второй – подключены к источнику тока. При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.
• Первая катушка была подключена к источнику тока, вторая, подключенная к гальванометру, перемещалась относительно нее. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.
• Катушка замкнута на гальванометр, а магнит движется – вдвигается (выдвигается) – относительно катушки.

Опыты показали, что индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции. Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при их уменьшении.

Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Объяснения возникновения индукционного тока

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна ЭДС. Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Электроны в неподвижном проводнике могут приводиться в движение только электрическим полем. Это электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем. Его называют вихревым электрическим полем. Представление о вихревом электрическом поле было введено в физику великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1861 году.

Свойства вихревого электрического поля:

• источник – переменное магнитное поле;
• обнаруживается по действию на заряд;
• не является потенциальным;
• линии поля замкнутые.

Работа этого поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна ЭДС индукции в неподвижном проводнике.

Магнитный поток

Магнитным потоком через площадь ​ ( S ) ​ контура называют скалярную физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции ​ ( B ) ​, площади поверхности ​ ( S ) ​, пронизываемой данным потоком, и косинуса угла ​ ( alpha ) ​ между направлением вектора магнитной индукции и вектора нормали (перпендикуляра к плоскости данной поверхности):

Обозначение – ​ ( Phi ) ​, единица измерения в СИ – вебер (Вб).

Магнитный поток в 1 вебер создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции:

Магнитный поток можно наглядно представить как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через данную площадь.

В зависимости от угла ​ ( alpha ) ​ магнитный поток может быть положительным ( ( alpha ) ( alpha ) > 90°). Если ( alpha ) = 90°, то магнитный поток равен 0.

Изменить магнитный поток можно меняя площадь контура, модуль индукции поля или расположение контура в магнитном поле (поворачивая его).

В случае неоднородного магнитного поля и неплоского контура магнитный поток находят как сумму магнитных потоков, пронизывающих площадь каждого из участков, на которые можно разбить данную поверхность.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея):

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Знак «–» в формуле позволяет учесть направление индукционного тока. Индукционный ток в замкнутом контуре имеет всегда такое направление, чтобы магнитный поток поля, созданного этим током сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока.

Если контур состоит из ​ ( N ) ​ витков, то ЭДС индукции:

Сила индукционного тока в замкнутом проводящем контуре с сопротивлением ​ ( R ) ​:

При движении проводника длиной ​ ( l ) ​ со скоростью ​ ( v ) ​ в постоянном однородном магнитном поле с индукцией ​ ( vec ) ​ ЭДС электромагнитной индукции равна:

где ​ ( alpha ) ​ – угол между векторами ​ ( vec ) ​ и ( vec ) .

Возникновение ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.

Движущийся в магнитном поле проводник, по которому протекает индукционный ток, испытывает магнитное торможение. Полная работа силы Лоренца равна нулю.

Количество теплоты в контуре выделяется либо за счет работы внешней силы, которая поддерживает скорость проводника неизменной, либо за счет уменьшения кинетической энергии проводника.

Важно!
Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум причинам:

• магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле;
• вторая причина изменения магнитного потока, пронизывающего контур, – изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре. В этом случае возникновение ЭДС индукции уже нельзя объяснить действием силы Лоренца. Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой Фарадея.

Таким образом, явления индукции в движущихся и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока оказывается в этих двух случаях различной:

• в случае движущихся проводников ЭДС индукции обусловлена силой Лоренца;
• в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Правило Ленца

Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

Алгоритм решения задач с использованием правила Ленца:

• определить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля;
• выяснить, как изменяется магнитный поток;
• определить направление линий магнитной индукции магнитного поля индукционного тока: если магнитный поток уменьшается, то они сонаправлены с линиями внешнего магнитного поля; если магнитный поток увеличивается, – противоположно направлению линий магнитной индукции внешнего поля;
• по правилу буравчика, зная направление линий индукции магнитного поля индукционного тока, определить направление индукционного тока.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

Самоиндукция

Самоиндукция – это явление возникновения ЭДС индукции в проводнике в результате изменения тока в нем.

При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного потока, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, должно вызывать появление ЭДС индукции в катушке.

В соответствии с правилом Ленца ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении цепи.

Это приводит к тому, что при замыкании цепи, в которой есть источник тока с постоянной ЭДС, сила тока устанавливается через некоторое время.

При отключении источника ток также не прекращается мгновенно. Возникающая при этом ЭДС самоиндукции может превышать ЭДС источника.

Явление самоиндукции можно наблюдать, собрав электрическую цепь из катушки с большой индуктивностью, резистора, двух одинаковых ламп накаливания и источника тока. Резистор должен иметь такое же электрическое сопротивление, как и провод катушки.

Опыт показывает, что при замыкании цепи электрическая лампа, включенная последовательно с катушкой, загорается несколько позже, чем лампа, включенная последовательно с резистором. Нарастанию тока в цепи катушки при замыкании препятствует ЭДС самоиндукции, возникающая при возрастании магнитного потока в катушке.

При отключении источника тока вспыхивают обе лампы. В этом случае ток в цепи поддерживается ЭДС самоиндукции, возникающей при убывании магнитного потока в катушке.

ЭДС самоиндукции ​ ( varepsilon_ ) ​, возникающая в катушке с индуктивностью ​ ( L ) ​, по закону электромагнитной индукции равна:

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в катушке.

Индуктивность

Электрический ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток ​ ( Phi ) ​ через контур из этого проводника пропорционален модулю индукции ​ ( vec ) ​ магнитного поля внутри контура, а индукция магнитного поля, в свою очередь, пропорциональна силе тока в проводнике.

Следовательно, магнитный поток через контур прямо пропорционален силе тока в контуре:

Индуктивность – коэффициент пропорциональности ​ ( L ) ​ между силой тока ​ ( I ) ​ в контуре и магнитным потоком ​ ( Phi ) ​, создаваемым этим током:

Индуктивность зависит от размеров и формы проводника, от магнитных свойств среды, в которой находится проводник.

Единица индуктивности в СИ – генри (Гн). Индуктивность контура равна 1 генри, если при силе постоянного тока 1 ампер магнитный поток через контур равен 1 вебер:

Можно дать второе определение единицы индуктивности: элемент электрической цепи обладает индуктивностью в 1 Гн, если при равномерном изменении силы тока в цепи на 1 ампер за 1 с в нем возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт.

Энергия магнитного поля

При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа накаливания, включенная параллельно катушке, дает кратковременную вспышку. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции.

Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.

Для создания тока в контуре с индуктивностью необходимо совершить работу на преодоление ЭДС самоиндукции. Энергия магнитного поля тока вычисляется по формуле:

Основные формулы раздела «Электромагнитная индукция»

Алгоритм решения задач по теме «Электромагнитная индукция»:

1. Внимательно прочитать условие задачи. Установить причины изменения магнитного потока, пронизывающего контур.

2. Записать формулу:

• закона электромагнитной индукции;
• ЭДС индукции в движущемся проводнике, если в задаче рассматривается поступательно движущийся проводник; если в задаче рассматривается электрическая цепь, содержащая источник тока, и возникающая на одном из участков ЭДС индукции, вызванная движением проводника в магнитном поле, то сначала нужно определить величину и направление ЭДС индукции. После этого задача решается по аналогии с задачами на расчет цепи постоянного тока с несколькими источниками.

3. Записать выражение для изменения магнитного потока и подставить в формулу закона электромагнитной индукции.

4. Записать математически все дополнительные условия (чаще всего это формулы закона Ома для полной цепи, силы Ампера или силы Лоренца, формулы кинематики и динамики).

5. Решить полученную систему уравнений относительно искомой величины.

Источник: fizi4ka.ru

ФАРАДЕЙ. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

ФАРАДЕЙ. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Одержимый идеями о неразрывной связи и взаимодействии сил природы, Фарадей пытался доказать, что точно так же, как с помощью электричества Ампер мог создавать магниты, так же и с помощью магнитов можно создавать электричество.

Логика его была проста: механическая работа легко переходит в тепло; наоборот, тепло можно преобразовать в механическую работу (скажем, в паровой машине). Вообще, среди сил природы чаще всего случается следующее соотношение: если А рождает Б, то и Б рождает А.

Если с помощью электричества Ампер получал магниты, то, по-видимому, возможно «получить электричество из обычного магнетизма». Такую же задачу поставили перед собой Араго и Ампер в Париже, Колладон — в Женеве.

Фарадей ставит множество опытов, ведет педантичные записи. Каждому небольшому исследованию он посвящает параграф в лабораторных записях (изданы в Лондоне полностью в 1931 году под названием «Дневник Фарадея»). О работоспособности Фарадея говорит хотя бы тот факт, что последний параграф «Дневника» помечен номером 16041. Блестящее мастерство Фарадея-экспериментатора, одержимость, четкая философская позиция не могли не быте вознаграждены, но ожидать результата пришлось долгих одиннадцать лет.

Кроме интуитивной убежденности во всеобщей связи явлений, его, собственно, в поисках «электричества из магнетизма» ничто не поддерживало. К тому же он, как его учитель Дэви, больше полагался на свои опыты, чем на мысленные построения. Дэви учил его:

— Хороший эксперимент имеет больше ценности, чем глубокомыслие такого гения, как Ньютон.

И тем не менее именно Фарадею суждены были великие открытия. Великий реалист, он стихийно рвал путы эмпирики, некогда навязанные ему Дэви, и в эти минуты его осеняло великое прозрение — он приобретал способность к глубочайшим обобщениям.

Первый проблеск удачи появился лишь 29 августа 1831 года. В этот день Фарадей испытывал в лаборатории несложное устройство: железное кольцо диаметром около шести дюймов, обмотанное двумя кусками изолированной проволоки. Когда Фарадей подключил к зажимам одной обмотки батарею, его ассистент, артиллерийский сержант Андерсен, увидел, как дернулась стрелка гальванометра, подсоединенного к другой обмотке.

Дернулась и успокоилась, хотя постоянный ток продолжал течь по первой обмотке. Фарадей тщательно просмотрел все детали этой простой установки — все было в порядке.

Но стрелка гальванометра упорно стояла на нуле. С досады Фарадей решил выключить ток, и тут случилось чудо — во время размыкания цепи стрелка гальванометра опять качнулась и опять застыла на нуле!

Фарадей был в недоумении: во-первых, почему стрелка ведет себя так странно? Во-вторых, имеют ли отношение замеченные им всплески к явлению, которое он искал?

Вот тут-то и открылись Фарадею во всей ясности великие идеи Ампера — связь между электрическим током и магнетизмом. Ведь первая обмотка, в которую он подавал ток, сразу становилась магнитом. Если рассматривать ее как магнит, то эксперимент 29 августа показал, что магнетизм как будто бы рождает электричество. Только две вещи оставались в этом случае странными: почему всплеск электричества при включении электромагнита стал быстро сходить на нет? И более того, почему всплеск появляется при выключении магнита?

На следующий день, 30 августа, — новая серия экспериментов. Эффект ясно выражен, но тем не менее абсолютно непонятен.

Фарадей чувствует, что открытие где-то рядом.

23 сентября он пишет своему другу Р.Филиппсу:

«Я теперь опять занимаюсь электромагнетизмом и думаю, что напал на удачную вещь, но не могу еще утверждать это. Очень может быть, что после всех моих трудов я в конце концов вытащу водоросли вместо рыбы».

К следующему утру, 24 сентября, Фарадей подготовил много различных устройств, в которых основными элементами были уже не обмотки с электрическим током, а постоянные магниты. И эффект тоже существовал! Стрелка отклонялась и сразу же устремлялась на место. Это легкое движение происходило при самых неожиданных манипуляциях с магнитом, иной раз, казалось, случайно.

Следующий эксперимент — 1 октября. Фарадей решает вернуться к самому началу — к двум обмоткам: одной с током, другой — подсоединенной к гальванометру. Различие с первым экспериментом — отсутствие стального кольца — сердечника. Всплеск почти незаметен. Результат тривиален. Ясно, что магнит без сердечника гораздо слабее магнита с сердечником. Поэтому и эффект выражен слабее.

Фарадей разочарован. Две недели он не подходит к приборам, размышляя о причинах неудачи.

Эксперимент триумфальный — 17 октября.

Фарадей заранее знает, как это будет. Опыт удается блестяще.

«Я взял цилиндрический магнитный брусок (3/4 дюйма в диаметре и 8 1/4 дюйма длиной) и ввел один его конец внутрь спирали из медной проволоки (220 футов длиной), соединенной с гальванометром. Потом я быстрым движением втолкнул магнит внутрь спирали на всю его длину, и стрелка гальванометра испытала толчок. Затем я так же быстро вытащил магнит из спирали, и стрелка опять качнулась, но в противоположную сторону. Эти качания стрелки повторялись всякий раз, как магнит вталкивался или выталкивался».

Секрет — в движении магнита! Импульс электричества определяется не положением магнита, а движением!

Это значит, что «электрическая волна возникает только при движении магнита, а не в силу свойств, присущих ему в покое».

Эта идея необыкновенно плодотворна. Если движение магнита относительно проводника создает электричество, то, видимо, и движение проводника относительно магнита должно рождать электричество! Причем эта «электрическая волна» не исчезнет до тех пор, пока будет продолжаться взаимное перемещение проводника и магнита. Значит, есть возможность создать генератор электрического тока, действующий сколь угодно долго, лишь бы продолжалось взаимное движение проволоки и магнита!

28 октября Фарадей установил между полюсами подковообразного магнита вращающийся медный диск, с которого при помощи скользящих контактов (один на оси, другой — на периферии диска) можно было снимать электрическое напряжение. Это был первый электрический генератор, созданный руками человека.

После «электромагнитной эпопеи» Фарадей был вынужден прекратить на несколько лет свою научную работу — настолько была истощена его нервная система.

Опыты, аналогичные фарадеевским, как уже говорилось, проводились во Франции и в Швейцарии. Профессор Женевской академии Колладон был искушенным экспериментатором (он, например, произвел на Женевском озере точные измерения скорости звука в воде). Может быть, опасаясь сотрясения приборов, он, как и Фарадей, по возможности удалил гальванометр от остальной установки. Многие утверждали, что Колладон наблюдал те же мимолетные движения стрелки, что и Фарадей, но, ожидая более стабильного, продолжительного эффекта, не придал этим «случайным» всплескам должного значения.

Действительно, мнение большинства ученых того времени сводилось к тому, что обратный эффект «создания электричества из магнетизма» должен, по-видимому, иметь столь же стационарный характер, как и «прямой» эффект — «образование магнетизма» за счет электрического тока. Неожиданная «мимолетность» этого эффекта сбила с толку многих, в том числе Колладона, и эти многие поплатились за свою предубежденность.

Фарадея тоже поначалу смущала мимолетность эффекта, но он больше доверял фактам, чем теориям, и в конце концов пришел к закону электромагнитной индукции. Этот закон казался тогда физикам ущербным, уродливым, странным, лишенным внутренней логики.

Почему ток возбуждается только во время движения магнита или изменения тока в обмотке?

Этого не понимал никто. Даже сам Фарадей. Понял это через семнадцать лет двадцатишестилетний армейский хирург захолустного гарнизона в Потсдаме Герман Гельмгольц. В классической статье «О сохранении силы» он, формулируя свой закон сохранения энергии, впервые доказал, что электромагнитная индукция должна существовать именно в этом «уродливом» виде.

Независимо к этому пришел и старший друг Максвелла, Вильям Томсон. Он тоже получил электромагнитную индукцию Фарадея из закона Ампера при учете закона сохранения энергии.

Так «мимолетная» электромагнитная индукция приобрела права гражданства и была признана физиками.

Но она никак не укладывалась в понятия и аналогии статьи Максвелла «О фарадеевских силовых линиях». И это было серьезным недостатком статьи. Практически ее значение сводилось к иллюстрации того, что теории близко— и дальнодействия представляют различное математическое описание одних и тех же экспериментальных данных, что силовые линии Фарадея не противоречат здравому смыслу. И это все. Все, хотя это было уже очень много.

Источник: biography.wikireading.ru

Сообщение «Опыты Майкла Фарадея»

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение

«Средняя школа № 17» г. Палласовка

Сообщение по теме:

«Опыты Майкла Фарадея»

Автор:

Макаренко Даниил,

ученик 9 «б» класса

Руководитель:

Котов Константин Юрьевич,

учитель физики

г. Палласовка

2020 г.

Содержание

Введение ……………………………………………………………………..2

1. История развития и опыты Фарадея ………………………………..2-3

2. Закон Фарадея…………………………………………………………4

3. Закон Фарадея-Максвелла……………………………………………5

4. Экспериментальные исследования Фарадея по электричеству…..6-8

5. Другие работы Майкла Фарадея по электромагнетизму………….8

Заключение…………………………………………………………………9

Библиография

Введение

В 1820 году было произведено открытие магнитного поля вокруг проводника Эрстедом. В то время производилось много опытов и экспериментов, связанных с электричеством. В 1831 году мир впервые узнал о понятии электромагнитной индукции. Именно тогда Майкл Фарадей обнаружил это явление, ставшее в итоге важнейшим открытием в электродинамике. (Американец Джозеф Генри тоже открыл, но не успел опубликовать свои результаты. Ампер также претендовал на открытие, но не смог представить свои результаты).

Фарадей Майкл (1791–1867) – знаменитый английский физик. Исследования в области электричества, магнетизма, магнитооптики, электрохимии. Создал лабораторную модель электродвигателя. Открыл экстратоки при замыкании и размыкании цепи и установил их направление. Открыл законы электролиза, первый ввел понятия поля и диэлектрической проницаемости, в 1845 г. употребил термин «магнитное поле». Кроме всего прочего, М. Фарадей открыл явления диа- и парамагнетизма. Он установил, что все материалы в магнитном поле ведут себя по-разному: ориентируются по полю (пара- и ферромагнетики) или поперек поля – диамагнетики.

1. История развития и опыты Фарадея

До середины XIX века считалось, что электрическое и магнитное поле не имеют никакой связи, и природа их существования различна. Но Майкл Фарадей был уверен в единой природе этих полей и их свойств. Явление электромагнитной индукции, обнаруженное им, впоследствии стало фундаментом для устройства генераторов всех электростанций. Благодаря этому открытию знания человечества об электромагнетизме шагнули далеко вперед.

Фарадей проделал следующий опыт: он замыкал цепь в катушке I и вокруг нее возрастало магнитное поле. Далее линии индукции данного магнитного поля пересекали катушку II, в которой возникал индукционный ток. То же самое происходит с двумя близко расположенными катушками: если к одной из катушек подключить источник переменного тока, то в другой также возникнет переменный ток, но лучше всего этот эффект проявляется, если две катушки соединить сердечником.

      По определению Фарадея общим для этих опытов является следующее: если поток вектора индукции, пронизывающий замкнутый, проводящий контур, меняется, то в контуре возникает электрический ток.

      Это явление называют явлением электромагнитной индукции, а ток – индукционным. При этом явление совершенно не зависит от способа изменения потока вектора магнитной индукции.

      Итак, получается, что движущиеся заряды (ток) создают магнитное поле, а движущееся магнитное поле создает (вихревое) электрическое поле и собственно индукционный ток.

      Для каждого конкретного случая Фарадей указывал направление индукционного тока.

На самом деле, одновременно с Фарадеем, но независимо от него, другой ученый Джозеф Генри обнаружил это явление. Однако Фарадей опубликовал свои исследования раньше. Таким образом, автором закона электромагнитной индукции стал Майкл Фарадей.

Сколько бы экспериментов не проводил Фарадей, неизменным оставалось одно условие: для образования индукционного тока важным является изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур (катушку).

2. Закон Фарадея

Явление электромагнитной индукции определяется возникновением электрического тока в замкнутом электропроводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь этого контура.

Основной закон Фарадея заключается в том, что электродвижущая сила (ЭДС) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Формула закона электромагнитной индукции Фарадея выглядит следующим образом:

И если сама формула, исходя из вышесказанных объяснений не порождает вопросов, то знак «-» может вызвать сомнения. Оказывается, существует правило Ленца – русского ученого, который проводил свои исследования, основываясь на постулатах Фарадея. По Ленцу знак «-» указывает на направление возникающей ЭДС, т.е. индукционный ток направлен так, что магнитный поток, который он создает, через площадь, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое вызывает данный ток.

«Мы не знаем никакого аналогичного положения в физике, когда такие простые и точные общие принципы требовали бы для своего реального понимания анализа с точки зрения двух различных явлений»

Ричард Фейнман

3. Закон Фарадея-Максвелла

После открытий Фарадея стало ясно, что старые модели электромагнетизма (Ампер, Пуассон и др.) неполны и должны быть существенно переработаны.

Точную формулировку этих законов и полную математическую модель электромагнетизма дал спустя 30 лет Джеймс Максвелл, родившийся в год открытия индукции (1831). В 1860-х годах Максвелл изложил идеи Фарадея математически. Уравнения, которые он вывел, легли в основу современной радиотехники и электротехники. Они выражаются следующим образом:

Где E – напряженность электрического поля на участке dl; H – напряженность магнитного поля на участке dl; N – поток электрической индукции, t – время.

Симметричный характер данных уравнений устанавливает связь электрических и магнитных явлений, а также магнитных с электрическими. Физический смысл, которым определяются эти уравнения, можно выразить следующими положениями:

• если электрическое поле изменяется, то это изменение всегда сопровождается магнитным полем.

• если магнитное поле изменяется, то это изменение всегда сопровождается электрическим полем.

Также Максвелл установил, что распространение электромагнитного поля равна скорости распространения света.

4. Экспериментальные исследования Фарадея по электричеству

Фарадей работал чрезвычайно методично — обнаружив эффект, он изучал его максимально глубоко — например, выяснял, от каких параметров и как он зависит (материал, температура и т. п.). Поэтому число опытов (и соответственно — число выпусков «Опытных исследований по электричеству») так велико. Нижеследующий краткий перечень тематики выпусков даёт представление о размахе и глубине исследований Фарадея.

1. Индукция электрических токов. Образование электричества из магнетизма.

2. Земная магнитоэлектрическая индукция.

3. Тождество отдельных видов электричества, происходящих от различных источников (в то время многие физики считали, что разные способы получения генерируют принципиально «разное электричество»).

4. О новом законе электрической проводимости.

5. Об электрохимическом разложении. Влияние воды на электрохимическое разложение. Теория электрохимического разложения.

6. О способности металлов и других твёрдых тел вызывать соединение газообразных тел.

7. Об электрохимическом разложении (продолжение). О некоторых общих условиях электрохимического разложения. О новом приборе для измерения гальванического электричества. О первичном или вторичном характере выделяющихся у электродов химических веществ. Об определённой природе и о размерах электрохимического разложения.

8. Об электричестве гальванического элемента; его источник, количество, напряжение и основные свойства его. О напряжении, необходимом для электролиза.

9. Об индуктивном влиянии электрического тока на самого себя и об индуктивном действии электрических токов вообще.

10. О гальванической батарее усовершенствованного типа. Некоторые практические указания.

11. Теория индукции. Общие выводы относительно природы индукции.

12. Об индукции (продолжение). Проводимость, или кондуктивный разряд. Электролитический разряд. Разрывной разряд и изоляция.

13. Об индукции (продолжение). Разрывной разряд (продолжение).

14. Природа электрической силы или сил. Связь между электрической и магнитной силами. Замечания об электрическом возбуждении.

15. Заключение о характере направления электрической силы у электрического угря.

16. Об источнике мощности гальванического элемента.

17. Об источнике мощности гальванического элемента (продолжение). Действие температуры. Действие разведения. Изменения порядка металлических элементов в гальванических цепях. Неправдоподобность предположения о контактной природе силы.

18. Об электричестве, развивающемся при трении воды и пара о другие тела.

19. Действие магнитов на свет. Действие электрических токов на свет.

20. О новых магнитных действиях и о магнитном состоянии всякого вещества. Действие магнитов на тяжёлое стекло. Действие магнитов на другие вещества, оказывающие магнитное действие на свет. Действие магнитов на металлы вообще.

21. О новых магнитных действиях и о магнитном состоянии всякого вещества (продолжение). Действие магнитов на магнитные металлы и их соединения. Действие магнитов на воздух и газы.

22. О кристаллической полярности висмута и других тел и её отношении к магнитной форме силы. Кристаллическая полярность висмута, сурьмы, мышьяка. Кристаллическое состояние различных тел. О природе магнекристаллической силы и общие соображения. О положении кристалла сульфата железа в магнитном поле.

23. О полярном или ином состоянии диамагнитных тел.

24. О возможной связи между тяготением и электричеством.

25. О магнитном и диамагнитном состоянии тел. Газообразные тела под влиянием магнитной силы не расширяются. Разностное магнитное действие. Магнитные свойства кислорода, азота и пустоты.

26. Способность проводить магнетизм. Магнитная проводимость. Полярность проводимости. Магнекристаллическая проводимость. Атмосферный магнетизм.

27. Об атмосферном магнетизме (продолжение). Экспериментальное исследование законов магнитного действия атмосферы и их применение к отдельным случаям. Доклад об атмосферном магнетизме.

28. О магнитных силовых линиях, определённость их характера и их распределение в магните и в окружающем пространстве.

29. О применении индукционного магнитоэлектрического тока для обнаружения и измерения магнитной силы.

1. 5. Другие работы Майкла Фарадея по электромагнетизму

Фарадей собрал первый трансформатор, исследовал самоиндукцию, открытую в 1832 году американским учёным Дж. Генри, разряды в газах и др. При исследовании свойств диэлектриков ввёл понятие диэлектрической проницаемости (которую называл «индуктивной способностью»).

В 1836 году, работая над проблемами статического электричества, Фарадей провёл эксперимент, показавший, что электрический заряд воздействует только на поверхность замкнутой оболочки-проводника, не оказывая никакого воздействия на находящиеся внутри неё объекты. Данный эффект связан с тем, что противоположные стороны проводника приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле. Соответствующие защитные свойства используются в устройстве, известном ныне как клетка Фарадея.

Фарадей обнаружил поворот плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). Это означало, что свет и электромагнетизм тесно связаны. Убеждённость Фарадея в единстве всех сил природы нашла ещё одно подтверждение.

Заключение

Столь выдающийся вклад в науку Фарадею удалось внести, прежде всего, благодаря тому, что он был изобретательным экспериментатором, не боявшимся проводить опыты, ставившие под сомнение устоявшиеся научные представления своей эпохи. Он был также выдающимся популяризатором науки: в 1826 году он организовал при Королевском институте ежегодные циклы лекций для детей, которые читаются и сегодня.

Библиография

1.  Абрамов Я. В. Майкл Фарадей / Я. В. Абрамов // Абрамов Я. В. Лавуазье. Фарадей. Лайель. Чарлз Дарвин. Карл Бэр: биогр. повествования. — Челябинск: Урал, 1998. — С. 73-153.  22.3
2. Азерников В. З. Майкл Фарадей. Открытие электромагнитной индукции и двух законов электролиза / В. З. Азерников // Азерников В. З. Физика. Великие открытия— М., 2000. — С. 75-82
3.  Глухов А. Г. «Экспериментальные исследования» Майкла Фарадея / А. Г. Глухов // Глухов А. Г.
4.  Голованов Я. К. Майкл Фарадей : «Превратить магнетизм в электричество» / Я. К. Голованов // Голованов Я. К. Этюды об ученых— М., 1976. — С. 238-243.: ил.
5. Золотое правило электриков // Я познаю мир: Великие ученые: дет. энцикл. / сост. Пономарева Т. Д. — М., 2004. — С. 265-281. 

6. Томилин А. Н. Эпоха Фарадея-Максвелла / А. Н. Томилин // Томилин А. Н. Мир электричества— М., 2004. — С. 173-190. 

7.  Харт М. Х. Майкл Фарадей. / М. Х. Харт // Харт М. Х. Сто великих людей— М., 1998. — С. 134-137. 

BBC — История — Майкл Фарадей

Майкл Фарадей © Фарадей был британским химиком и физиком, внесшим значительный вклад в изучение электромагнетизма и электрохимии.

Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года на юге Лондона. Его семья была небогатой, и Фарадей получил только базовое формальное образование. Когда ему было 14 лет, он поступил в ученики к местному переплетчику и в течение следующих семи лет учился, читая книги по широкому кругу научных предметов.В 1812 году Фарадей посетил четыре лекции, прочитанные химиком Хэмфри Дэви в Королевском институте. Впоследствии Фарадей написал Дэви с просьбой устроиться на работу в качестве его помощника. Дэви отказал ему, но в 1813 году назначил его помощником химика в Королевском институте.

Год спустя Фарадея пригласили сопровождать Дэви и его жену в 18-месячное европейское турне, в котором они побывали во Франции, Швейцарии, Италии и Бельгии и встретились со многими влиятельными учеными. Вернувшись в 1815 году, Фарадей продолжил работать в Королевском институте, помогая Дэви и другим ученым проводить эксперименты.В 1821 году он опубликовал свою работу об электромагнитном вращении (принцип, лежащий в основе электродвигателя). В 1820-х годах, будучи занятым другими проектами, он не смог провести дальнейших исследований. В 1826 году он основал Пятничные вечерние лекции Королевского института и в том же году Рождественские лекции, которые продолжаются и по сей день. Он сам прочитал много лекций, заслужив репутацию выдающегося научного лектора своего времени.

В 1831 году Фарадей открыл электромагнитную индукцию, принцип, лежащий в основе электрического трансформатора и генератора.Это открытие сыграло решающую роль в превращении электричества из диковинки в новую мощную технологию. В течение оставшейся части десятилетия он работал над развитием своих идей об электричестве. Отчасти он был ответственен за создание многих знакомых слов, включая «электрод», «катод» и «ион». Научные знания Фарадея использовались для практического использования на различных официальных должностях, в том числе на постах научного советника Тринити-хауса (1836–1865) и профессора химии в Королевской военной академии в Вулидже (1830–1851).

Однако в начале 1840-х годов здоровье Фарадея начало ухудшаться, и он стал меньше заниматься исследованиями. Он умер 25 августа 1867 года в Хэмптон-Корте, где ему предоставили официальное жилье в знак признания его вклада в науку. Он дал свое имя «фараду», первоначально обозначавшему единицу электрического заряда, но позже единицу электрической емкости.

% PDF-1.4 % 1152 0 объект> эндобдж xref 1152 118 0000000016 00000 н. 0000003824 00000 н. 0000002714 00000 н. 0000005050 00000 н. 0000005196 00000 н. 0000005241 00000 н. 0000005286 00000 н. 0000005331 00000 п. 0000005376 00000 н. 0000005421 00000 н. 0000005466 00000 н. 0000005511 00000 н. 0000005556 00000 н. 0000005601 00000 п. 0000005651 00000 п. 0000005696 00000 п. 0000005741 00000 н. 0000005786 00000 н. 0000005831 00000 н. 0000005876 00000 н. 0000005921 00000 н. 0000005966 00000 н. 0000006011 00000 н. 0000006056 00000 н. 0000006101 00000 п. 0000006146 00000 н. 0000006191 00000 п. 0000006236 00000 п. 0000006287 00000 н. 0000006332 00000 н. 0000006383 00000 п. 0000006428 00000 н. 0000006473 00000 н. 0000006524 00000 н. 0000006569 00000 н. 0000006614 00000 н. 0000006665 00000 н. 0000006710 00000 н. 0000006755 00000 н. 0000006800 00000 н. 0000006845 00000 н. 0000006890 00000 н. 0000006935 00000 п. 0000006980 00000 н. 0000007025 00000 н. 0000007070 00000 н. 0000007115 00000 н. 0000007160 00000 н. 0000007210 00000 н. 0000007255 00000 н. 0000007306 00000 н. 0000007351 00000 п. 0000007396 00000 н. 0000007441 00000 н. 0000007486 00000 н. 0000007531 00000 н. 0000007576 00000 н. 0000007626 00000 н. 0000007671 00000 н. 0000007716 00000 н. 0000007761 00000 н. 0000007806 00000 н. 0000007851 00000 п. 0000007896 00000 н. 0000007941 00000 п. 0000007986 00000 п. 0000008031 00000 н. 0000008081 00000 п. 0000008126 00000 н. 0000008176 00000 н. 0000008221 00000 н. 0000008271 00000 н. 0000008316 00000 н. 0000008361 00000 п. 0000008406 00000 н. 0000008451 00000 п. 0000008496 00000 н. 0000008541 00000 н. 0000008591 00000 н. 0000008636 00000 н. 0000008686 00000 п. 0000008731 00000 н. 0000008776 00000 н. 0000008821 00000 н. 0000008866 00000 н. 0000008911 00000 н. 0000008962 00000 н. 0000009007 00000 н. 0000009058 00000 н. 0000009103 00000 п. 0000009153 00000 п. 0000009198 00000 н. 0000009243 00000 н. 0000009293 00000 п. 0000009338 00000 п. 0000009383 00000 п. 0000009434 00000 н. 0000009479 00000 н. 0000009529 00000 н. 0000009579 00000 п. 0000009629 00000 н. 0000009679 00000 н. 0000009724 00000 н. 0000009769 00000 н. 0000009814 00000 н. 0000009859 00000 н. 0000009904 00000 н. 0000009954 00000 н. 0000010273 00000 п. 0000010756 00000 п. 0000010794 00000 п. 0000010872 00000 п. 0000011264 00000 п. 0000011493 00000 п. 0000012006 00000 п. 0000012253 00000 п. 0000012448 00000 п. 0000003632 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 1154 0 obj> поток x ڼ TKOQ> Rӂ

BP ((-.LXCbbJbU + 6.MLpm3s

Электромагнитная индукция

В то время как удивительное открытие электромагнетизма Эрстедом проложило путь для более практических приложений электричества, именно Майкл Фарадей дал нам ключ к практическому поколения электричества: электромагнитная индукция. Фарадей обнаружил, что напряжение будет генерироваться на отрезке провода, если на этот провод воздействовать перпендикулярным потоком магнитного поля изменяющейся интенсивности.

Простой способ создать магнитное поле изменяющейся интенсивности — переместить постоянный магнит рядом с проволокой или катушкой с проволокой.Помните: магнитное поле должно увеличиваться или уменьшаться по напряженности перпендикулярно к проводу (так, чтобы силовые линии «пересекали» проводник), иначе не будет индуцироваться напряжение:

Фарадей смог математически связать скорость изменения потока магнитного поля с наведенным напряжением (обратите внимание на использование строчной буквы «е» для обозначения напряжения. Это относится к мгновенному напряжению или напряжению при конкретный момент времени, а не постоянное стабильное напряжение.):

Термин «d» — это стандартная нотация расчетов, представляющая скорость изменения потока во времени. «N» обозначает количество витков или витков в катушке с проволокой (при условии, что проволока имеет форму катушки для максимальной электромагнитной эффективности).

Это явление находит очевидное практическое применение в конструкции электрических генераторов, которые используют механическую энергию для перемещения магнитного поля мимо катушек с проволокой для генерации напряжения. Однако это далеко не единственное практическое применение этого принципа.

Если мы вспомним, что магнитное поле, создаваемое токоведущим проводом, всегда было перпендикулярно этому проводу, и что сила потока этого магнитного поля изменялась в зависимости от величины тока, проходящего через него, мы можем видеть, что провод способен индуцирование напряжения на собственной длине просто за счет изменения тока через него. Этот эффект называется самоиндукцией : изменяющееся магнитное поле, создаваемое изменениями тока через провод, индуцирующее напряжение по длине того же провода.Если поток магнитного поля усиливается путем сгибания провода в форме катушки и / или наматывания этой катушки на материал с высокой проницаемостью, этот эффект самоиндуцированного напряжения будет более интенсивным. Устройство, созданное для использования этого эффекта, называется катушкой индуктивности и будет обсуждаться более подробно в следующей главе.

ОБЗОР:

• Магнитное поле изменяющейся интенсивности перпендикулярно проводу будет индуцировать напряжение по всей длине этого провода.Величина индуцированного напряжения зависит от скорости изменения потока магнитного поля и количества витков провода (если он свернут), подверженных изменению магнитного потока.
• Уравнение Фарадея для индуцированного напряжения: e = N (dF / dt)
• Токоведущий провод будет испытывать наведенное напряжение по всей его длине, если ток изменится (таким образом, изменится поток магнитного поля, перпендикулярный проводу, и возникнет напряжение в соответствии с формулой Фарадея). Устройство, созданное специально для использования этого эффекта, называется индуктором .

---

Уроки в электрических цепях , авторское право (C) 2000-2002 Тони Р. Купхальдт, в соответствии с условиями лицензии на научный дизайн.

Закон Фарадея Электромагнитная индукция | Electrical4u

Закон Фарадея Электромагнитная индукция:

Электромагнитная индукция была открыта независимо Майклом Фарадеем в 1831 году и Джозефом Генри в 1832 году. 29 августа 1831 года Фарадей первым опубликовал результаты своих экспериментов.Майкл Фарадей, английский физик, дал один из самых основных законов электромагнетизма, названный законом электромагнитной индукции Фарадея. Сначала закон был отклонен из-за отсутствия математических и теоретических расчетов. Этот закон говорит об электрической цепи и магнитном поле. Этот принцип используется в большинстве электросетей. Как мы знаем, названиями некоторых приложений являются электродвигатели, генераторы, электрические трансформаторы и цепи магнитного управления, такие как контакторы, реле и т. Д.

[wp_ad_camp_1]

Закон электромагнитной индукции Фарадея:

Закон Фарадея об электромагнитной индукции гласит, что ЭДС, индуцированная в замкнутой электрической цепи, равна скорости изменения потоковых связей.

Здесь N — количество витков в катушке, а Φ — магнитная связь со всеми из них.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

В большинстве случаев поток Φ не связан со всеми витками, в этих случаях суммирование всех произведений магнитного потока на полные витки магнитной цепи дает общее значение потоковых связей. …

Следовательно, общая стоимость потокосцеплений составляет..

Здесь N _k — количество витков, которые связаны с магнитным потоком Φ _k .

В случае изменения значения потокосцеплений катушки, в ней создается наведенная ЭДС, значение которой равно…

Здесь отрицательный знак указывает на то, что направление наведенной ЭДС таково, что создаваемый им ток противодействует изменению магнитных связей.

Изменение магнитных связей может быть вызвано тремя способами.

1. Катушка неподвижна относительно магнитного потока, а величина магнитного потока изменяется во времени.

В этом методе, где катушка или витки неподвижны (катушка не движется) и поток изменяется во времени, здесь ЭДС называется трансформаторной или (пульсационной) ЭДС. Поскольку движение не задействовано, преобразование энергии не происходит, и действительно происходит процесс передачи энергии. Этот принцип используется в трансформаторах, в которых используются неподвижные катушки и изменяющиеся во времени потоки для передачи энергии с одного уровня на другой.

Пример: трансформатор.

2. Поток постоянен во времени и неподвижен, и катушка движется через него

В этом случае правило отсечения магнитного потока может использоваться для иллюстрации ЭДС, генерируемой в проводнике, движущемся в постоянном стационарном поле. ЭДС, генерируемая в проводнике длины, движущемся под прямым углом к ​​однородному стационарному магнитному полю, не меняющемуся во времени, равна

.

[wp_ad_camp_1]
Сгенерированная ЭДС в этом случае называется «ЭДС движения», потому что она вызвана движением проводника.Поскольку движение участвует в создании этой ЭДС, процесс включает электромеханическое преобразование энергии. Этот принцип используется во вращающихся машинах, таких как машины постоянного тока, машины переменного тока, такие как индукционные и синхронные машины.

Пример: двигатели переменного тока, генератор и т. Д.

3. Оба упомянутых выше изменения происходят вместе, т. Е. Катушка движется через изменяющееся во времени поле.

В этом случае проводник или катушка движется через стационарное изменяющееся во времени магнитное поле (поток), и поэтому как трансформатор, так и ЭДС движения создаются в проводнике или катушке.Таким образом, этот процесс включает в себя как передачу, так и преобразование энергии.

Пример: Коммутаторная машина.

Ключевые точки:

• Чтобы вызвать ЭДС в катушке или проводнике, проводник должен находиться в мгновенном положении или поток должен изменяться во времени.

Пример машины для перемещения проводов: генератор и генератор переменного тока

Пример для машины с изменяющимся потоком: Трансформатор

• Скорость изменения магнитного потока прямо пропорциональна наведенной ЭДС.

Как увеличить наведенную ЭДС в катушке

Увеличить наведенную ЭДС в катушке можно четырьмя способами

• Увеличение числа витков увеличивает потокосцепление в цепи, когда потокосцепление увеличивается, автоматически увеличивается наведенная ЭДС.

• Увеличить скорость кондуктора. Частота f говорит о скорости проводника. Обычно в синхронной машине это называется синхронной скоростью.
• Увеличение плотности потока в цепи увеличивает наведенную ЭДС в проводнике. См. Формулу 2
• Увеличение длины проводника увеличивает наведенную ЭДС в катушке. См. Формулу 2.

Видеообъяснение закона Фарадея Электромагнитная индукция:

Электромагнитная индукция — Типография 2046

Описание

Используемая во всем, от электрических генераторов до двигателей, электромагнитная индукция описывает, как изменяющееся магнитное поле может производить электрический ток, и, наоборот, как электрический ток генерирует окружающее магнитное поле.

Наиболее распространенное применение электромагнитной индукции — производство электроэнергии; когда генератор или турбина пропускают катушку с проводом в магнитном поле и из него. Силовые линии магнитного поля от магнита заставляют электроны в проводе течь, индуцирует электрический ток .

Чтобы в этой ситуации возникла электромагнитная индукция, провод, отрезок провода, должен быть перпендикулярен силовым линиям магнитного поля, чтобы оказывать максимальное давление на электроны в проводе.Направление протекания тока определяется направлением силовых линий и направлением движения провода в поле.

В генераторе петля из проволоки вращается в магнитном поле, и, поскольку направление магнитного поля изменяется при вращении проволоки, направление тока меняется, меняясь каждые пол-оборота. Этот постоянно меняющийся ток — это то, что мы называем переменным током (AC).

История и закон Фарадея

Явление электромагнитной индукции было окончательно описано Майклом Фарадеем в 1830-х годах.29 августа 1831 года английский ученый провел публичную демонстрацию, в ходе которой на железное кольцо было намотано две проволоки, причем каждая проволока была намотана на противоположных сторонах кольца. Подключив один провод к прибору, предназначенному для обнаружения электрического тока, Фарадей показал своей аудитории, что посылка тока по одному проводу вызывает протекание тока по другому проводу.

Ток во втором проводе инициировался током первого провода, который был намотан на железное кольцо, создавая электромагнит.Затем этот электромагнит индуцирует ток во втором проводе. Позже Фарадей обнаружит, что перемещение магнитного стержня из катушки с проволокой также может вызвать электрический ток.

Эксперименты Фарадея с электромагнитной индукцией вдохновили то, что мы теперь знаем как закон индукции Фарадея. Основной закон электромагнетизма гласит, что индуцированное напряжение в цепи зависит от скорости изменения во времени магнитного потока, проходящего через эту цепь. Иными словами, чем быстрее смещается магнитное поле, тем выше будет напряжение в цепи.Направление сдвига магнитного поля определяет направление тока.

Генерируемое напряжение можно повысить, увеличив количество петель в цепи. С двумя петлями в катушке он генерирует двойное напряжение, чем одна петля, а с тремя петлями оно будет в три раза больше и так далее. Вот почему промышленные генераторы имеют много-много катушек — для выработки высокой мощности.

Закон Фарадея не только заложил теоретические основы современного общества, но и был позже включен в уравнения Максвелла.Разработанные шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом уравнения Максвелла объединяют электричество и магнетизм в единую электромагнитную силу и описывают электромагнитные волны, от которых мы зависим во всем, от радиопередач до рентгеновских изображений.

10.1: Введение в электромагнитную индукцию

В 1820 году Эрстед показал, что электрический ток создает магнитное поле. Но может ли магнитное поле генерировать электрический ток? На этот вопрос почти одновременно и независимо ответили в 1831 году Джозеф Генри в Соединенных Штатах и ​​Майкл Фарадей в Великобритании.Фарадей построил железное кольцо диаметром около шести дюймов. Он плотно намотал на кольцо две катушки проволоки; один виток вокруг одной половины (полукруга) кольца, а второй виток вокруг второй половины кольца. Две катушки не были соединены друг с другом, кроме как с помощью одного и того же железного сердечника. Одна катушка (которую я буду называть «первичной» катушкой) была подключена к батарее; другая катушка (которую я буду называть «вторичной» катушкой) была подключена к гальванометру. Когда батарея была подключена к первичной катушке, ток, конечно, протекал через первичную катушку.Этот ток создавал магнитное поле по всему железному сердечнику, так что внутри каждой из двух катушек было магнитное поле. Пока ток в первичной катушке оставался постоянным, во вторичной катушке не было тока. Фарадей заметил, что в тот момент, когда батарея была подключена к первичной обмотке, и в тот краткий момент, когда ток в первичной обмотке возрастал от нуля, ток на мгновение протекал во вторичной обмотке, но только пока ток в первичной обмотке оставался неизменным. меняется.Когда батарея была отключена, и в течение короткого момента, когда первичный ток падал до нуля, снова ток протекал во вторичной (но в противоположном направлении). Конечно, в то время как первичный ток изменялся, магнитное поле в железном сердечнике изменялось, и Фарадей обнаружил, что ток генерировался во вторичной обмотке , в то время как магнитный поток через нее изменялся на . Сила тока зависела от сопротивления вторичной обмотки, поэтому, возможно, более важно отметить, что когда магнитный поток через цепь изменяется, в цепи генерируется электродвижущая сила (ЭДС), и чем быстрее изменяется магнитный поток, тем больше наведенная ЭДС.Количественные измерения давно установили, что:

Когда магнитный поток в цепи изменяется, в цепи генерируется ЭДС, которая равна скорости изменения магнитного потока \ (\ dot \ Phi_B \) через схема.

Обычно это называется « Закон Фарадея электромагнитной индукции». Полное изложение законов электромагнитной индукции также должно указывать нам направление индуцированной ЭДС, и это обычно дается во втором утверждении, обычно известном как «Закон электромагнитной индукции Ленца», который мы опишем в разделе 10.2. Поэтому, когда его спрашивают о законах электромагнитной индукции, необходимо указать оба закона: закон Фарадея, который имеет дело с величиной ЭДС, и закон Ленца, который имеет дело с ее направлением.

Вы заметите, что приведенное выше утверждение закона Фарадея гласит, что индуцированная ЭДС не просто «пропорциональна» скорости изменения магнитного B-потока, но равна ей, равной . Поэтому вы захотите обратиться к размерам электродвижущей силы (единица СИ: вольт) и \ (B \) — потока (единица СИ: вебер) и убедитесь, что \ (\ dot \ Phi_B \) действительно размерно подобен ЭДС. .Одно это не говорит вам о константе пропорциональности между наведенной ЭДС и \ (\ dot \ Phi_B \), хотя константа на самом деле равна единице, как указано в законе Фарадея. Затем вы можете спросить: является ли это значение 1 для константы пропорциональности между ЭДС и \ (\ dot \ Phi_B \) экспериментальным значением (и, если да, то насколько оно близко к 1 и какое в настоящее время определено наилучшим значение), или теоретически ожидается ровно 1? Что ж, я полагаю, следует признать, что физика — экспериментальная наука, так что с этой точки зрения постоянная должна определяться экспериментально.2 \). И снова рассмотрение закона Фарадея говорит нам, что совершенно законной единицей СИ (которую многие предпочитают) для \ (\ Phi_B \) является \ (\ text {V s} \).

Гений Майкла Фарадея

Фотография неизвестного фотографа перед смертью Майкла Фарадея в 1867 году. Изображение на домашней странице взято с картины Майкла Фарадея, нарисованной Гарриет Мур в его лаборатории Королевского института. Оригинал находится в коллекции Фонда химического наследия.

Если вы никогда не использовали фонарик Фарадея, вы упускаете довольно недавнее применение необразованного гения Майкла Фарадея.Фарадей (1791–1867) был английским ученым, изучавшим электромагнетизм и электрохимию и полностью самоучкой. Будучи третьим из четырех детей кузнеца недалеко от Лондона, Англия, он не получил формального образования, кроме базового чтения, письма и математики, и никогда не ходил в колледж.

В возрасте 14 лет он был учеником на семь лет у переплетчика Джорджа Рибау. Именно в этом качестве он обнаружил любовь к науке, поскольку Рибау позволил ему читать книги, с которыми он работал.Когда его ученичество закончилось, клиент Рибау дал Фарадею билеты на четыре лекции Хэмфри Дэви, профессора химии Королевского института. Он присутствовал и делал обильные записи. Фарадей подал заявление о приеме на работу к Дэви и приложил свои записи. Дэви был впечатлен, и год спустя, когда Фарадею было 22 года, он нанял его своим помощником на следующие 18 месяцев, пока Дэви гастролировал по научным учреждениям в Европе.

Хамфри Дэви внес свой вклад в научное образование Фарадея и познакомил его с известными учеными Европы, включая Андре-Мари Ампера (в честь которого назван ампер) и Алессандро Вольта (в честь которого назван вольт).Когда Дэви вышел на пенсию в 1827 году, Фарадей сменил его на должности профессора химии в Королевском институте.

Хотя Фарадей работал в области химии и открыл бензол, его величайшие открытия касались электричества. Он экспериментировал с электромагнетизмом и обнаружил, что перемещение магнита через проволочную петлю наэлектризует провод. В 1821 году он изобрел электродвигатель, а в 1831 году он создал первую динамо-машину, известную как диск Фарадея, предшественник современного электрического генератора, когда он открыл индукцию электрических токов.Закон индукции Фарадея является основным принципом работы трансформаторов и многих типов электродвигателей и генераторов.

Он открыл «эффект Фарадея», первое свидетельство взаимосвязи света и электромагнетизма. Он также открыл электролиз, использование электричества для разделения веществ. В дополнение к динамо-машине он изобрел «клетку Фарадея» — устройство, блокирующее электрические волны.

Его электромагнитные открытия привели к тому, что Джеймс Клерк Максвелл создал первую единую теорию поля в физике.Максвелл смоделировал закон Фарадея в математических терминах. Закон Фарадея стал одним из четырех уравнений Максвелла, которые, в свою очередь, превратились в так называемую теорию поля.

Хотя сам Фарадей не имел формального образования, он взял на себя обязанность просвещать широкую публику в области науки и был известен своей способностью ясно объяснять вещи. Скромный и непритязательный, он отказался от поста президента Королевского общества и отказался от рыцарского звания.

Фарад, единица емкости, назван в его честь, и в 2002 году он занял 22-е место в списке 100 величайших британцев, составленном BBC.

Фонарь Фарадея, относительно недавнее изобретение, основанное на его работе, представляет собой фонарик для чрезвычайных ситуаций, в котором не используются батарейки, что может быть ненадежным. Когда фонарик встряхивается (или запускается в кривошипных моделях), магнит движется вперед и назад через катушку с проволокой, которая создает электрический ток, который накапливается в конденсаторе, который зажигает лампочку.

Фонарь Фарадея — лишь незначительная демонстрация гения этого великого ученого по сравнению с влиянием, которое его собственные изобретения и открытия оказали на мир, но его наследие продолжает жить, и его имя стало нарицательным.

Ссылки по теме:

.