Майкл Фарадей — магнетизм и электричество

Майкл Фарадей — английский ученый, прославившийся исследованиями в области магнетизма и электротока. Каждое его открытие продвигало науку еще на один шаг вперед и, в итоге, привело к электричеству, компьютеру и многим неотъемлемым вещам современной жизни.

Жизнь Майкла Фарадея началась в одном из бедных районов Лондона 22 сентября 1791 года. Его отец и брат работали кузнецами, но их заработка едва хватало на содержание семьи. В результате бедственного положения, мальчик не получил даже среднего образования, ограничившись лишь местной начальной школой. С момента ее окончания своим обучением Майкл занимался самостоятельно, любил читать книги, увлекался естественными науками, в частности, химией и физикой.

Чтобы облегчить положение семьи, с 13 лет юный Фарадей сам начинает зарабатывать деньги. Сначала работает разносчиком книг и газет, а через год и в самой книжной лавке. Здесь он учится переплетать книги, при этом хозяин магазинчика позволяет Майклу их читать. Мальчик с большим энтузиазмом принимается за изучения всех доступных материалов, пытается применить теоретические знания на практике. Так у него дома появилась целая самодельная лаборатория, в которой Фарадей проводил различные научные опыты.

Свой вклад в обучение Майкла сделал и его старший брат – он не раз оплачивал мальчику посещение лекций по физике, химии и астрономии. Впрочем, на главную лекцию в своей жизни Фарадей попал абсолютно случайно. Один из покупателей в книжной лавке заметил интерес Майкла к науке и подарил ему пригласительные билеты на лекцию Гемфри Дэви. После ее посещения юноша лично сделал переплет своего конспекта и, собравшись с духом, отправил преподавателю. Тот, в свою очередь, одобрительно отнесся к познаниям мальчика в области физики и, немного поразмыслив, пригласил Фарадея работать его ассистентом в Королевском университете.

Начиная с 1813 года, Дэви вместе со своим помощником много путешествует по Европе. Так Фарадею удалось побывать в лучших лабораториях Франции и Италии, а также познакомиться с великими учеными того времени: М. Шеврелем, Ж. Л. Гей-Люссаком, А. Ампером. Вся поездка заняла более двух лет и еще больше разожгла в молодом ученом тягу к науке.

В 1815 году, вернувшись в университет, Майкл Фарадей с головой уходит в работу. Все больше времени он уделяет собственным исследованиям, тем не менее, успевает читать бесплатные лекции для тех, кто, как и он сам, вынужден заниматься самообразованием. Таким образом, ученый вносит свой вклад в популяризацию науки и развивает свой ораторский талант.

В 1820 году в руки Фарадею попадают работы Эрстеда, где речь идет о магнитном действии электрического тока. С этого момента ученый всерьез занимается изучением этого вопроса, и, спустя 10 лет кропотливого труда, приходит к понятию электромагнитной индукции (взаимодействия магнетизма и электротока). Совершить великое открытие ему помогла катушка Генри.

Через год Майкл Фарадей становится техническим смотрителем в Королевском университете. В его обязанности входит надзор за всеми его лабораториями. 1821 год стал знаменательным и в личной жизни Фарадея – он женился и, как утверждают его современники, это был весьма удачный и счастливый брак.

В этом же году он публикует две свои знаменитые работы: о сжижении хлора и об электромагнитных движениях. Первая привела его к преобразованию хлора в жидкое вещество (1824), а во второй речь шла о прототипе электродвигателя. В ней был описан эксперимент с намагниченной стрелкой, которую Фарадей заставил вращаться вокруг магнитного полюса. За этот опыт Майкла безосновательно обвинил в плагиате У. Волластон. При этом наставник Фарадея – Г. Дэви – не поддержал своего ученика, и стал на сторону известного ученого.

Не стал на сторону Фарадея он и в 1824 году. Когда ученого принимали в королевское общество Лондона, Дэви был единственным, кто проголосовал против его членства. Впрочем, это не мешало Дэви называть Фарадея самым главным своим открытием.

В 1825 году Фарадей становится директором лаборатории при Королевском университете, а в 1827 – профессором и возглавляет кафедру химии.

В 1832 году, продолжая исследования, связанные с электрическим током, Фарадей приходит к понятию электролиза. Это явление позволяет пропускать ток через различные растворы, выделяя из них ценные компоненты. Его используют и по сей день в химической промышленности и металлургии. В этот же период Фарадей сделал еще одно важное открытие – смог доказать тождественность всех проявлений электричества.

В 1835 году друзья Фарадея добились у министра казначейства пожизненной пенсии для ученого за его научные открытия. Несмотря на бедственное положение, Фарадей не стал принимать «подачку», согласившись на выплаты только после извинений министра и искреннего признания его заслуг.

В 1840 году Фарадей озвучил теорию о единстве всех существующих энергий. Он утверждал, что все они могут превращаться одна в другую. Таким образом, он пришел к понятию силовых линий. В этот момент ученого постигла беда – он серьезно заболел и на пять лет оставил свою научную деятельность. Поэтому термин «магнитное поле» появился лишь в 1845 году. В это же время Фарадеем были открыты диа- и парамагнетизм.

В 1848 году был открыт так называемый эффект Фарадея, который связывал магнетизм и оптику. По сути, он являлся поляризацией света, его взаимодействием с силовыми линиями магнитного поля. Сам ученый описывал свое открытие следующими словами: «я намагнитил свет».

Отступившая на время болезнь вновь вернулась в 1855 году. Фарадей все чаще страдает головными болями, начинает терять память. При этом он до последнего продолжает заниматься наукой, тщательно конспектируя свои мысли в лабораторный журнал.

Майкл Фарадей умер 25 августа 1867 года в Хэмптон-Корте, но его открытия живы и поныне. Без него не существовало бы таких неотъемлемых вещей современной жизни, как электричество, компьютер, алюминиевые ложки, медные провода, нержавеющая сталь, электродвигатель и пр. В его честь названа одна из самых престижных премий за достижения в науке – медаль Фарадея.

Электромагнитная индукция — урок. Физика, 9 класс.

Великому английскому физику Майклу Фарадею потребовалось почти \(10\) лет, чтобы ответить в \(1831\) году на вопрос: как превратить магнетизм в электричество?

Что же служит причиной появления тока в катушке, в цепи которой нет источника тока? Ток в катушке всегда возникает при изменении магнитного поля, в котором она находится.

Индукционный ток, так же как и ток от гальванического элемента или аккумулятора, представляет собой упорядоченное движение электронов. 

Многочисленные опыты М. Фарадея привели к выводу, что индукционный ток в контуре, замкнутом на гальванометр, возникает при изменении:

Индукционный ток возникает при всяких изменениях магнитного потока Ф, пронизывающего контур замкнутого проводника.

Если же магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, не меняется, то индукционный ток в контуре не возникает.

Пример:

если вращать полосовой магнит внутри катушки, замкнутой на гальванометр, вокруг его вертикальной оси, то индукционный ток не возникает, так как магнитный поток не меняется.

Развитие электротехники в России

В России электротехника развивалась интенсивно с поддержки Николая I. Развитие электротехники в Европе отозвалось открытиями и изобретениями в России.

В \(1833\) году русский учёный Эмилий Христианович Ленц доказал, что электрическая машина может работать как электродвигатель и как генератор электричества. Такое свойство назвали обратимостью электрических машин.

В \(1834\) году Борис Семёнович Якоби построил действующий «магнитный аппарат» вращательного движения — классический электродвигатель; послал описание в Парижскую академию наук.

В \(1888\) году Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный генератор переменного тока, в \(1889\) году — электродвигатель переменного тока, в \(1890\) году — трансформатор трёхфазного тока. На Всемирной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне (\(1891\)) представил изобретённую систему передачи трёхфазного тока на расстояние \(170\) км.

Применение электромагнитной индукции

Принцип работы индукционной плиты основан на явлении электромагнитной индукции. Индукционные токи при изменении магнитного поля возникают не только в проволочных контурах, но и в массивных образцах металла. Эти токи называют вихревыми токами, или токами Фуко. В массивных проводниках вследствие малости электрического сопротивления токи могут быть очень большими и вызывать значительное нагревание. Принцип работы индукционной плиты показан на рисунке. Под стеклокерамической поверхностью плиты находится катушка индуктивности, по которой протекает переменный электрический ток, создающий переменное магнитное поле. Частота тока составляет \(20\)–\(60\) кГц. В дне посуды наводятся токи индукции, которые нагревают его, а заодно и помещённые в посуду продукты. Нет никакой теплопередачи снизу вверх, от конфорки через стекло к посуде, а значит, нет и тепловых потерь. С точки зрения эффективности использования потребляемой электроэнергии индукционная плита выгодно отличается от всех других типов кухонных плит.

1 — посуда из ферромагнитного материала;

2 — стеклокерамическая поверхность;

3 — слой изоляции;

4 — катушка индуктивности.

Как Фарадей запряг электричество в работу – Наука – Коммерсантъ

В ходе экспериментов Фарадей создал устройство, которое сейчас называется трансформатором, а затем первую в мире динамо-машину. Фарадей подвел под открытые им явления теоретическую базу, сформулировав закон электромагнитной индукции о превращении механической работы в электрический ток.

К XIX веку ученые довольно хорошо изучили законы электричества, вызванного трением, и даже открыли новый, химический источник электроэнергии — аккумулятор. Но для полезной работы, отличной от притягивания и отталкивания пушинок в электрическом поле и создания искусственной молнии (вольтовой дуги), эти источники тока были слишком слабые. Потом эту науку об электричестве назовут электростатикой, подчеркивая ее названием отсутствие в ней полезного движения.

Откуда взять ток в неограниченном количестве, было понятно. Если электричество можно превратить в магнетизм (обмотанный проволокой кусок железа при подаче тока в обмотку становился магнитом), то надо было лишь произвести обратное действие: превратить магнетизм в электричество. До Фарадея эту цель ставили себе многие ученые, но в цепочке их действий был логический пробел.

Все видели, что вблизи проводника с током магнитная стрелка в приходит в движение. Как раз движение они пропускали в своих рассуждениях об обратной связи магнетизма с электричеством, пытаясь вызвать ток в проводнике в поле неподвижного магнита. Стоило всего лишь подвигать магнит, и в проводке потек бы ток. Но задним умом любой крепок. Гениальность же Фарадея заключалась в том, что он тоже не предпринимал попыток подвигать магнитом, но после опыта 29 августа 1931 года понял, почему это надо сделать.

Намотав две изолированные друг от друга обмотки на железный бублик (сделав первый в мире трансформатор) он подавал ток в одну и видел, что при включении и выключении в ней тока магнитная стрелка вблизи проводов, отведенных от второй обмотки, дергается. Только при включении и выключении! Когда магнитное поле движется — растет или падает. Он подвигал магнитом внутри обмотки из проводов, и в ней потек ток. Так было открыто явление электромагнитной индукции.

В следующих опытах Фарадей крутил в поле магнита медный круг со скользящими по нему проволочками-токосъемниками — в цепи потек ток. Это был первый электрогенератор, остальное было делом техники. Спустя полвека были построены первые электростанции и в домах людей зажглись первые электрические лампочки.

Сергей Петухов

Майкл Фарадей – биография, фото, личная жизнь, открытия, опыты, физика

Биография

«До тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея», — сказал Герман Гельмгольц. 

Майкл Фарадей — английский физик-экспериментатор, химик, создатель учения об электромагнитном поле. Он открыл электромагнитную индукцию, являющуюся основой промышленного производства электричества и применения в современных условиях.

Детство и юность

Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в Ньюингтон-Баттс, недалеко от Лондона. Отец — Джеймс Фарадей (1761-1810), кузнец. Мама — Маргарет (1764-1838). Кроме Майкла, в семье росли брат Роберт и сестры Элизабет и Маргарет. Жили бедно, поэтому Майкл не доучился в школе и в 13 лет пошел работать в книжный магазин рассыльным.

Образование закончить не удалось. Тягу к знаниям удовлетворяло чтение книг по физике и химии — в книжной лавке таких было в избытке. Юноша осваивал первые эксперименты. Соорудил источник тока — «Лейденскую банку». Отец и брат поддерживали Майкла в тяге к экспериментам.

В 1810 году 19-летний юноша стал членом философского клуба, в котором читали лекции по физике и астрономии. Майкл участвовал в научной полемике. Одаренный молодой человек привлекал внимание ученого сообщества. Покупатель книжного магазина Уильям Денс вручил Майклу подарок — билет на посещение ряда лекций по химии и физике Гемфри Дэви (основателя электрохимии, первооткрывателя химических элементов Калия, Кальция, Натрия, Бария, Бора).

Будущий ученый, застенографировав лекции Гемфри Дэви, сделал переплет и отправил профессору, сопроводив письмом с просьбой найти какую-нибудь работу в Королевском институте. Дэви принял участие в судьбе юноши, и через некоторое время 22-летний Фарадей получил работу лаборанта в химической лаборатории.

Наука

Выполняя обязанности лаборанта, Фарадей не упускал возможности прослушивать лекции, в подготовке которых участвовал. Также с благословения профессора Дэви молодой человек проводил свои химические опыты. Добросовестность и искусность выполнения работы лаборантом сделала его неизменным помощником Дэви.

В 1813 году Дэви взял Фарадея секретарем в двухлетнее европейское путешествие. Во время поездки молодой ученый познакомился со светилами мировой науки: Андре-Мари Ампером, Жозефом Луи Гей-Люссаком, Алессандро Вольта.

По возвращении в Лондон в 1815 году Фарадей получил должность ассистента. Параллельно продолжал любимое дело — ставил собственные опыты. За жизнь Фарадей провел 30 000 экспериментов. В научных кругах за педантичность и трудолюбие получил звание «короля экспериментаторов». Описание каждого опыта аккуратно заносил в дневники. Позже, в 1931 году, эти дневники были изданы.

Первое печатное издание Фарадея вышло в 1816 году. К 1819 году напечатали 40 работ. Труды посвящены химии. В 1820 году из ряда экспериментов со сплавами, молодой ученый обнаружил, что сплав стали с добавлением никеля не дает окисления. Но результаты опытов прошли мимо металлургов. Открытие нержавеющей стали было запатентовано гораздо позже.

В 1820 году Фарадей стал техническим смотрителем Королевского института. К 1821 году от химии он перешел к физике. Фарадей выступал как сложившийся ученый, приобрел вес в научном сообществе. Вышла статья о принципе работы электродвигателя, положившая начало промышленной электротехники.

Электромагнитное поле

В 1820 году Фарадей увлекся опытами по взаимодействию электричества и магнитного поля. К этому моменту открыли понятия «источник постоянного тока» (А. Вольт), «электролиз», «электрическая дуга», «электромагнит». В этот период развивались электростатика и электродинамика, публиковались опыты Био, Савара, Лапласа по работе с электричеством и магнетизмом. Вышла работа А. Ампера по электромагнетизму.

В 1821 году свет увидела работа Фарадея «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма». В ней ученый представил опыты с магнитной стрелкой, вращающейся вокруг одного полюса, т. е. осуществил превращение электрической энергии в механическую. Фактически он представил первый в мире, пусть и примитивный, электрический двигатель.

Радость открытия испортила жалоба Уильяма Волластона (открыл Палладий, Родий, сконструировал рефрактометр и гониометр). В жалобе к профессору Дэви ученый обвинял Фарадея в краже идеи с вращающейся магнитной стрелкой. История приняла скандальный характер. Дэви принял позицию Волластона. Только личная встреча двух ученых и разъяснение своей позиции Фарадеем смогла уладить конфликт. Волластон отказался от притязаний. Отношения Дэви и Фарадея утратили прежнюю доверительность. Хотя первый до последних дней не уставал повторять, что Фарадей — главное сделанное им открытие.

В январе 1824 года Фарадея избрали членом Лондонского королевского общества. Профессор Дэви голосовал против.

В 1823 году стал членом-корреспондентом Парижской Академии наук.

В 1825 году Майкл Фарадей занял место Дэви в должности директора лаборатории физики и химии Королевского института.

После открытия 1821 года десять лет ученый не издавал трудов. В 1831 году он стал профессором Вулиджа (военная академия), в 1833 году — профессором химии Королевского института. Проводил научные диспуты, читал лекции в научных собраниях.

Еще в 1820 году Фарадея заинтересовал опыт Ганса Эрстеда: движение по цепи электрического тока вызывало движение магнитной стрелки. Электрический ток стал причиной возникновения магнетизма. Фарадей предположил, что, соответственно, магнетизм может быть причиной возникновения электрического тока. Первое упоминание теории появилось в дневнике ученого в 1822 году. Десять лет опытов ушло на разгадку тайны электромагнитной индукции. 

Победа пришла 29 августа 1831 года. Устройство, позволившее Фарадею сделать гениальное открытие, состояло из железного кольца и множества витков проволоки из меди, намотанной на две его половины. В цепи одной половины кольца, замкнутой проволокой, находилась магнитная стрелка. Вторая обмотка подключалась к батарее питания. При включении тока магнитная стрелка совершала колебания в одну сторону, а при выключении — в другую. Фарадей заключил, что магнит способен преобразовывать магнетизм в электрическую энергию.

Явление «возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него» было названо электромагнитной индукцией. Обнаружение электромагнитной индукции открыло дорогу созданию источника тока — электрогенератора.

Открытие положило начало новому плодотворному витку экспериментов ученого, давших миру «Экспериментальные исследования по электричеству». Фарадей опытным путем доказал единую природу возникновения электрической энергии, независимую от способа, при помощи которого вызван электрический ток.

В 1832 году физика наградили медалью Копли.

Фарадей стал автором первого трансформатора. Ему принадлежит понятие «диэлектрической проницаемости». В 1836 году путем ряда экспериментов он доказал, что заряд тока оказывает воздействие только на оболочку проводника, оставляя объекты внутри нее нетронутыми. В прикладной науке устройство, сделанное на принципе этого явления, называется «клетка Фарадея».

Открытия и труды

Открытия Майкла Фарадея посвящены не только физике. В 1824 году им открыт бензол и изобутилен. Ученый вывел жидкую форму хлора, сероводорода, диоксида углерода, аммиака, этилена, диоксида азота, получил синтез гексахлорана.

В 1835 году Фарадей из-за болезни был вынужден сделать двухлетний перерыв в работе. Причиной заболевания подозревали контакт ученого во время опытов с парами ртути. Недолго проработав после выздоровления, в 1840 году профессор вновь почувствовал себя плохо. Преследовала слабость, была временная потеря памяти. Период выздоровления затянулся на 4 года. В 1841 году, по настоянию врачей, ученый отправился в путешествие по Европе.

Семья жила почти в бедности. По свидетельству биографа Фарадея Джона Тиндаля, ученый получал пенсию 22 фунта в год. В 1841 году премьер-министр Уильям Лэм, лорд Мельбурн, под нажимом общественности подписал указ о назначении Фарадею государственной пенсии в размере 300 фунтов в год.

В 1845 году великому ученому удалось привлечь внимание мировой общественности еще некоторыми открытиями: открытие изменения плоскости поляризованного света в магнитном поле («эффект Фарадея») и диамагнетизма (намагничивания вещества к внешнему магнитному полю, действующему на него).

Правительство Англии не единожды просило Майкла Фарадея о помощи в решении проблем, связанных с техническими вопросами. Ученый разрабатывал программу оснащения маяков, методы борьбы с коррозией кораблей, выступал судебным экспертом. Будучи по природе человеком добродушным и миролюбивым, наотрез отказался участвовать в создании химического оружия для войны с Россией в Крымской войне.

В 1848 году королева Виктория подарила Фарадею дом на левом берегу Темзы, Хэмптон-Корт. Британская королева оплачивала расходы и налоги по дому. Ученый с семьей перебрались в него, оставив дела в 1858 году.

Личная жизнь

Майкл Фарадей был женат на Саре Барнард (1800—1879). Сара — сестра друга Фарадея. Предложение руки и сердца 20-летняя девушка приняла не сразу — молодому ученому пришлось поволноваться. Тихая свадьба состоялась 12 июня 1821 года. Много лет спустя Фарадей писал:

«Я женился — событие, которое больше всяких других содействовало моему счастью на земле и моему здоровому состоянию духа».

Семья Фарадея, как и семья жены, члены протестантской общины «сандеманиан». Фарадей выполнял работу диакона лондонской общины, неоднократно выбирался старейшиной.

Смерть

Майкл Фарадей болел. В краткие моменты, когда болезнь отступала, он работал. В 1862 году выдвинул гипотезу о движении спектральных линий в магнитном поле. Подтвердить теорию смог в 1897 году Питер Зееман, за что в 1902 году получил «Нобелевскую премию». Фарадея Зееман назвал автором идеи.

Майкл Фарадей скончался за рабочим столом 25 августа 1867 года в возрасте 75 лет. Похоронен рядом с женой на Хайгейтском кладбище в Лондоне. Ученый просил перед смертью о скромных похоронах, поэтому пришли только родственники. На могильной плите высечено имя ученого и годы жизни.

Интересные факты

• В работе ученый-физик не забывал о детях. Лекции для детей «История свечи» (1961 год) переиздают по сей день.
• Портрет Фарадея помещен на английскую купюру в 20 фунтов выпуска 1991—1999 годов.
• Ходили слухи, что Дэви не отвечал Фарадею на просьбу о работе. Однажды, временно потеряв зрение во время химического эксперимента, профессор вспомнил о настойчивом юноше. Поработав секретарем ученого, юноша так потряс Дэви своей эрудицией, что тот предложил Майклу работу в лаборатории.
• После возвращения из Европейского турне с семьей Дэви Фарадей в ожидании места ассистента в Королевском институте поработал там посудомойщиком.

кратко и понятно о вечном споре – Москва 24, 07.05.2018

Сегодня трудно представить нашу жизнь без радио: кто-то слушает его с утра до вечера на работе, кто-то включает в автомобиле по дороге домой, чтобы послушать любимую музыку, а кто-то – только чтобы узнать последние новости. Но мало кто знает, кто и что стоит за изобретением самого радиоприемника.

Фото: depositphotos/[email protected]

На заседании Русского физико-химического общества в Петербурге 7 мая 1895 года Александр Попов продемонстрировал «прибор, предназначенный для показывания быстрых колебаний в атмосферном электричестве». Другими словами – радиоприемник, и осуществил первый сеанс радиосвязи. Полувековой юбилей этого события в СССР отмечали накануне Победы, 7 мая 1945 года. Тогда же и было принято решение сделать День радио ежегодным праздником.

Изобретателем радиотелеграфии Попова считают в странах постсоветского пространства. В других странах примерно в то же время лучшие ученые также работали над созданием подобных устройств. Поэтому в США изобретателем считают Николу Теслу, в Германии – Генриха Герца, во Франции – Эдуарда Бранли, в Бразилии – Ланделя де Муру, в Англии – Оливера Джозефа Лоджа, а в Индии – Джагадиша Чандру Боше.

Со скоростью света

Мировое сообщество никак не может определиться: кем же все-таки было изобретено радио, потому что все эти великие ученые так или иначе внесли свой вклад в развитие науки. Краткая хронология открытий такова: в 1845 году английский физик и химик Майкл Фарадей открыл электромагнитное поле, и это было одним из самых важных открытий человечества в XIX веке. Спустя 20 лет после этого англичанин Джеймс Кларк Максвелл вывел теорию электромагнитного поля и рассчитал, что скорость электромагнитных волн равна скорости света. Его открытия сыграли ключевую роль в развитии физики и послужили фундаментом специальной теории относительности.

Спустя еще 20 лет Генрих Герц создал генератор и резонатор электромагнитных колебаний и продемонстрировал наличие электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. По сути, этот прибор и был предшественником радио, но конструкция Герца передавала и принимала электромагнитные сигналы лишь на расстоянии нескольких метров. В Индии радиопередачу в миллиметровом диапазоне впервые продемонстрировали в ноябре 1894 года, за год до Александра Попова. Автором индийского изобретения стал Джагадиш Чандра Боше.

Фото: depositphotos/agcuesta1

Поэтому с технической точки зрения русский изобретатель Александр Попов и итальянский ученый Гульельмо Маркони не открыли ничего нового, а лишь создали прибор, взяв за основу открытия других своих предшественников. Однако идея радио пришла этим ученым примерно в одно и то же время.

Пальма первенства

Главными претендентами на звание изобретателя радиоприемника являются Попов, Маркони и Тесла. Все трое ученых никак не были связаны друг с другом и, проживая в разных странах, одновременно работали над одним и тем же изобретением.

Александр Попов изобрел радиопередатчик для целей военно-морского флота. В 1895 году на собрании российских физиков он прочел лекцию «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» и продемонстрировал свое устройство, способное передавать сигналы азбукой Морзе. Ученый занялся усовершенствованием работы прибора и дальности приема и передачи сигнала от 60-ти до 250 метров, добившись вскоре увеличения расстояния до 600. А в 1899 году была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона, изобретения Александра Белла, запатентованного еще в середине 1870-х.

Однако Попов не стремился рассказать всему миру о своих исследованиях, не спешил публиковать статьи о своем изобретении, интересуясь в основном практической частью. Поэтому, продемонстрировав работу радио-приемника в 1895 году, документально свое изобретение он никак не оформил.

Патент № 7777

Гульельмо Маркони изобрел свой радиоприемник и подал заявку на получение патента лишь в июне 1896 года. Бумага была выдана 2 июля 1897-го, спустя два года после демонстрации Поповым своей работы. Маркони получил документ, юридически закрепляющий его авторство, именно поэтому некоторые историки встают на его сторону и отдают ему пальму первенства. В 1900 году Маркони получил патент № 7777 на систему настройки радио, а 12 декабря 1901 он провел первый сеанс трансатлантической радиосвязи между Англией и Ньюфаундлендом на расстояние 3200 километров, что до этого казалось невозможным.

Радиоприемник «Звезда-54», представленный на выставке «Советский дизайн 1950-1980-х» в ЦВЗ «Манеж». Фото: ТАСС/ Александра Мудрац

Очередь американцев

А в 1943 году в спор о том, кем изобретено радио, вмешались американцы. В суде им удалось доказать, что их соотечественник, великий ученый Никола Тесла, первым запатентовал радиопередатчик – это произошло в 1893-м, а спустя два года – в 1895-м – радиоприемник. Его прибор работал по тому же принципу, по которому работают современные устройства, преобразовывая радиосигнал в акустический звук, а изобретения Попова и Маркони могли передавать и принимать радиосигналы только с азбукой Морзе.

С тех пор, конечно, изменилось и радиовещание, и сами радиоприемники. Когда-то радио будило гимном всю страну в шесть утра, сегодня эстеты слушают джаз, а коллекционеры готовы отдать большие деньги за винтажные радиоприемники. Но никто не подвергает сомнению значимость этого изобретения: кто бы его ни создал первым, принцип, на котором основывалась работа приемника, впоследствии сделал возможным изобретение мобильной связи, беспроводного интернета и дистанционного управления электронными устройствами, без которых мы сегодня не можем представить нашу жизнь.

Открытие электромагнитной индукции: магнитный поток

Явление электромагнитной индукции было открыто Майлом Фарадеем в 1831 году. Еще за 10 лет до этого Фарадей думал о способе превратить магнетизм в электричество. Он считал, что магнитное поле и электрическое поле должны быть как-то связаны.

Открытие электромагнитной индукции

Например, с помощью электрического поля можно намагнитить железный предмет. Наверное, должна существовать возможность с помощью магнита получить электрический ток.  

Сначала Фарадей открыл явление электромагнитной индукции в неподвижных относительно друг друга проводниках. При возникновении в одной из них тока в другой катушке тоже индуцировался ток. Причем в дальнейшем он пропадал, и появлялся снова лишь при выключении питания одной катушки. 

Через некоторое время Фарадей на опытах доказал, что при перемещении катушки без тока в цепи относительно другой, на концы которой подается напряжение, в первой катушке тоже будет возникать электрический ток.

Следующим опытом было введение в катушку магнита, и при этом тоже в ней появлялся ток. Данные опыты показаны на следующих рисунках.

рисунок

Фарадеем была сформулирована основная причина появления тока в замкнутом контуре. В замкнутом проводящем контуре ток возникает при изменении числа линий магнитной индукции, которые пронизывают этот контур.

Чем больше будет это изменение, тем сильнее получится индукционный ток. Неважно, каким образом мы добьемся изменения числа линий магнитной индукции. Например, это можно сделать движением контура в неоднородном магнитном поле, как это происходило в опыте с магнитом или движением катушки. А можем, например, изменять силу тока в соседней с контуром катушке, при этом будет изменяться магнитное поле, создаваемое этой катушкой.

Формулировка закона

Подведем краткий итог. Явление электромагнитной индукции – это явление возникновения тока в замкнутом контуре, при изменении магнитного поля в котором находится этот контур.

Для более точной формулировки закона электромагнитной индукции необходимо ввести величину, которая бы характеризовала магнитное поле – поток вектора магнитной индукции.

Магнитный поток

Вектор магнитной индукции обозначается буквой B.2, которая расположена перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Нужна помощь в учебе?

Майкл Фарадей: путь в науку. К 225-летию со дня рождения великого английского ученого

22 сентября исполнилось 225 лет со дня рождения великого английского ученого Майкла Фарадея (22 сентября 1791 — 25 августа 1867), два открытия которого лежат в основе электроэнергетики: в 1821 он создал прообраз электродвигателя, а в 1831 г. открыл явление электромагнитной индукции, которое лежит в основе работы электрических генераторов. Усвоив взгляды Фарадея на природу электромагнитных явлений и использовав результаты его опытов, Дж.К.Максвелл создал свою теорию электромагнетизма. Фарадей получил также ряд других выдающихся научных результатов, в частности открыл и исследовал явления парамагнетизма, диамагнетизма, вращение плоскости поляризации света в магнитном поле, открыл законы электролиза.

Майкл Фарадей учился только в начальной школе, где овладел навыками чтения, письма и счета. Все остальные знания и навыки, необходимые для исследовательской работы в области физики и химии, он получил самостоятельно, используя все возможности, которые перед ним открывались.

Следует сказать, что этих возможностей сначала было очень мало. Майкл Фарадей родился в Лондоне, в семье кузнеца Джеймса Фарадея, который тяжело работал, чтобы заработать на хлеб. Детство и юность Майкла пришлись на период Великой Французской революции и последующих европейских войн, в которых участвовала и Англия. Войны негативно влияли на британскую экономику, от чего страдали в первую очередь малоимущие слои населения, к которым принадлежала и семья Фарадея.

В возрасте 13 лет Майкла отдали учеником в переплетную мастерскую при книжном магазине, которая принадлежала эмигранту-французу Рибо. Первый год Фарадей проходил испытательный срок, работая разносчиком газет, а дальше, согласно контракту, заключенному его отцом с Рибо, должен был учиться семь лет без оплаты — за еду и жилье. Сначала Фарадею было очень трудно, но он старался, и уже на четвертом году обучения фактически овладел ремеслом переплетчика.

Безусловно, такая работа способствовала самообразованию любознательного мальчика, который с детства пристрастился к чтению. В те времена типографии выпускали книги без переплетов (и не разрезанные), а покупатели книг сами заботились о переплете. Итак, через руки Фарадея проходили новейшие книги, в том числе научные.

Мабуть, решающее значение для дальнейшей судьбы Майкла имело то, что в 1805 году в его руки попала книга выдающегося популяризатора науки XIX столетия Джейн Марсе (Jane Marcet, 1769-1858) «Беседы о химии». Эта первая в мире научно-популярная книга имела огромный успех. За 50 лет в Англии вышло 16 изданий этой книги, во Франции — три, в США — 23, причем общий тираж составил 160 тыс. экземпляров. Такой успех был неслучайным. Книга написана очень доступно, в форме диалога преподавательницы с двумя ученицами, из которых одна — серьезная и все понимает сразу, а вторая — легкомысленная, поэтому ей материал объясняется подробнее и в более доступной форме.

Книга состояла из двух томов, содержащих 10 и 14 разделов. В первой главе давалось определение химии как науки о простых тела (то есть, химические элементы) и их взаимодействии, приводилась классификация простых тел, к которым в начале XIX века относили свет, тепло и электричество. Во втором разделе подавались описания приборов для исследования химических явлений. В третьем и четвертом разделах говорилось о свете, тепле и теплоемкости тел. Пятый раздел был посвящен химическим источникам тока (гальваническим элементам и батареям). В 6-10 разделах говорилось о свойствах и методах получения простых веществ: кислорода, азота, водорода, серы, фосфора, углерода и металлов. Второй том начинался с раздела, в котором описывались условия, необходимые для взаимодействия между простыми веществами. Далее были разделы, где речь шла о свойствах щелочей, оксидов металлов, кислот, органических веществ.

Особенно ценным в этом учебнике было то, что он содержал описания опытов, иллюстрированные рисунками автора. В описаниях приводились мельчайшие подробности опытов, обосновывалась необходимость тщательной их подготовки, а также содержались оговорки о возможной опасности. Благодаря этому книга стала очень популярной как пособие по проведению лекционных опытов в учебных заведениях. Кстати, после книги о химии Джейн Марсе выдала еще 31 научно-популярную книгу, в которых писала о физике, минералогии, политической экономике, ботанике, филологии, географии, истории и др. Многие ее книги есть в электронной библиотеке Internet Archive (https://archive.org/), где с ними может ознакомиться любой желающий.

В 1858 г. в письме к швейцарскому физику Огюсту Деляриву Фарадей так описывал свои впечатления от книги Марсе: «Я чувствовал тогда, что нашел опору своим химическим знаниям, и крепко ухватился за нее. Отсюда и причина моего глубокого уважения к госпоже Марсе. Во первых, она принесла мне лично большую радость и сделала настоящее благодеяние, а во-вторых, она сумела открыть молодому, невежественному, пытливому уму явления и законы необъятного мира естественно-научных знаний. Вы можете представить мой восторг, когда я лично познакомился с госпожой Марсе. Как часто я вспоминал прошлое и сравнивал его с настоящим, так часто я думал о своей первой учительнице и всегда считал долгом посылать ей свои работы как выражение благодарности. И эти чувства меня никогда не покинут «.

В том же письме Фарадей писал: «Не думайте, пожалуйста, что я был глубоким мыслителем или отличался ранним развитием. Я был подвижным мальчиком с богатым воображением. Верил настолько же в» Тысячу и одну ночь «, насколько в» Энциклопедию «. Но для меня были важны факты, и это меня спасло. Факту я мог доверять, тогда как каждому утверждению я мог всегда противопоставить другое утверждение. Поэтому я проверил книгу госпожи Марсе, выполняя те простые опыты, на проведение которых были деньги, после чего убедился, что книга соответствует фактам, насколько я их понимал «.

Следует заметить, что произведенную в годы юности привычку опираться исключительно на факты и проверять сообщения других собственными опытами Фарадей сохранил на всю жизнь, благодаря чему сделал много открытий.

Но заниматься опытами юному ученику-переплетчику было очень сложно. Он работал без оплаты и имел лишь случайные заработки за труд в сверхурочное время и выходные дни. Таким образом, на свои опыты Фарадей мог тратить буквально копейки. Электрическую машину сделал из бутылки. Купив за несколько пенсов цинковую пластинку и использовав вместо медных пластин пенсовые монеты, изготовил гальваническую батарею. Хотя батарея была очень примитивной, но с ее помощью он разложил несколько веществ, был очень удивлен, и впоследствии сумел приобрести материалы, чтобы сделать настоящую гальваническую батарею.

В детстве у Фарадея появилась еще одна хорошая привычка. В возрасте 9 лет он начал записывать интересные сведения в тетради, которык затем соединил в рукописную книгу под названием «Философский сборник различных статей, заметок, событий, приключений и так далее, относящихся к искусству и наукам и собранных из газет, обзоров, журналов и других произведений с целью содействия удовлетворению, самообучению, а также подтверждению и опровержению теорий, распространенных в научном мире. Составил М. Фарадей от 1800 до 1809 года «.

Самообразованию Фарадея очень помогло то обстоятельство, что в начале XIX в. английские ученые стали читать платные публичные лекции по различным наукам. В 1810 г. Фарадей узнал из объявления, что мистер Тэйтум прочитает в собственном доме курс лекций по естествознанию и входная плата — один шиллинг. Хозяин позволил Фарадею посещать лекции, а деньги дал старший брат Роберт, который уже работал кузнецом. С февраля 1810 г до сентября 1811 г. Фарадей прослушал тринадцать лекций, которые тщательно законспектировал.

На этих лекциях Фарадей познакомился и подружился с некоторыми слушателями, которые решили создать кружок по самообразованию и самосовершенствованию. На собраниях этого кружка Фарадей рассказывал о проведенных им опытах или о прочитанных книгах, причем члены кружка обсуждали не только суть изложенного, но и форму изложения. Товарищи тщательно отмечали все ошибки, и Фарадей пытался в дальнейшем их избегать. Впоследствии для совершенствования устной речи он брал уроки ораторского искусства.

С некоторыми из участников этого кружка Фарадей сохранил близкие отношения и переписывался до конца жизни. Более всего писал он Б.Ебботу (B.Abbott), Р.Филлипсу (R.Phillips). Последний впоследствии стал членом Лондонского Королевского общества. Первые письма к друзьям Фарадей писал, стремясь научиться письменно излагать свои мысли и выработать хороший стиль изложения.

Самообразованию Фарадея поспособствовал квартирант хозяина — французский эмигрант художник Маскер. Майкл убирал его комнату и чистил обувь. За это Маскер учил молодого переплетчика чертить и рисовать.

В 1813 г. член Королевского института Уильям Дэнс (Dance) заказал переплеты для журналов по химии. Увлекшись их чтением, Фарадей просрочил выполнение заказа, что вызвало нарекания заказчика. Но когда Дэнс узнал о причине задержки и увидел, насколько серьезно этот переплетчик изучает химические журналы, он расчувствовался и предложил ему взять в подарок одну из книг по собственному выбору. Фарадей выбрал книгу одного из основателей электрохимии Хэмфри Дэви. Тогда Дэнс передал ему приглашение на четыре публичные лекции Гемфри Дэви, что и определило всю дальнейшую судьбу Фарадея.

В те времена Хэмфри Дэви был наиболее известным английским химиком. Он одним из первых выполнил электролиз воды и определил ее как соединение водорода и кислорода. Путем электролиза некоторых щелочей, которые тогда считались простыми веществами, он открыл в 1807-1808 гг. несколько металлов — калий, натрий, барий, кальций, магний, стронций. В 1808-1809 гг. он открыл и описал электрическую дугу. Одним из первых он получил бор, а также доказал, что хлор является простым веществом, а не оксидом. Дэви также определил роль минеральных веществ для жизнедеятельности растений и был одним из основателей агрохимии. 8 апреля 1812 г. за научные достижения он получил титул рыцаря британской короны, а через два дня женился на богатой молодой вдове аристократке Джейн Ейприс. Дэви также славился публичными лекциями по химии и агрохимии, которые собирали сотни слушателей.

Фарадей вспоминал: «Когда я был подмастерьем, мне повезло прослушать четыре последних лекции сэра Хэмфри Дэви … Я сделал краткие записи этих лекций, а затем хорошо их переписал и проиллюстрировал такими рисунками, которые сумел сделать. Желание заниматься научной работой, хотя бы примитивной, побудило меня, новичка, незнакомого со светскими правилами, написать письмо сэру Джозефу Бэнксу — президенту Лондонского Королевского общества. Закономерно было потом узнать, что мою просьбу оставили без ответа «.

Между тем, 7 октября 1812 г. закончился срок обучения Фарадея. На второй же день он стал работать в переплетной мастерской другого французского эмигранта Деляроша. Новый хозяин, в отличие от Рибо, был человеком крутым и высокомерным, работать у него вскоре стало совсем невыносимо. Это побудило Фарадея действовать решительно — он написал Дэви о желании заняться научной работой, добавив в подтверждение серьезности своих намерений записи его четырех лекций. Ответ пришел незамедлительно — доброжелательный, но отрицательный. В институте не было вакансии. Но вскоре, во время одного из опытов в лаборатории взорвалась колба, ее осколки ранили Дэви глаза, и некоторое время он не мог ни читать, ни писать. Вспомнив о переплетчике, интересующегося наукой, Дэви решил взять его к себе, до выздоровления, секретарем, чтобы заодно и поближе с ним познакомиться.

Через несколько дней глаза Дэви зажили, и он расстался с Фарадеем. Но за это время тот произвел хорошее впечатление на Дэви своими знаниями и старанием. Когда через несколько недель в лаборатории Дэви освободилось место лаборанта, он предложил его Фарадею.

В протоколе Королевского института от 1 марта 1813 г. есть запись: «Сэр Хамфри Дэви имеет честь информировать директоров, что нашел человека, которого желательно назначить на должность … Его имя — Майкл Фарадей … Его данные кажутся хорошими, его характер активный и бодрый, а образ действий умный «.

Кроме работы, Фарадей получил квартиру из двух комнат в здании института. В его обязанности входило следить за порядком в лаборатории, подавать Дэви все необходимые ему во время опытов предметы, приносить в аудиторию для публичных чтений все необходимые вещества и приборы, а затем относить их обратно.

Благодаря покровительству Дэви Фарадей, кроме выполнения своих обязанностей, получил возможность начать научные исследования. В частности, с разрешения Дэви продолжил незавершенные тем из-за опасности опыты с хлористым азотом — очень взрывчатым веществом. Фарадей довел опыты до конца, хотя во время их проведения произошли четыре мощных взрыва, при одном из которых ему серьезно ранило пальцы одной руки, а лицо осталось невредимым благодаря тому, что он работал в стеклянной маске.

В то же время Фарадей воспользовался возможностью слушать лекции и доклады, которые произносились в Королевском институте, благодаря чему постоянно пополнял свои знания. Он также анализировал свои впечатления от прослушанных лекций и пытался объяснить себе, почему эти лекции иногда нравились, а иногда нет. Это помогло ему выработать надлежащие приемы чтения лекций, и он впоследствии славился как замечательный лектор. Кстати, в Интернете есть очень интересная статья: Сигер Р. «Михаил Фарадей и искусство чтения лекций» (Успехи физических наук. 1970. Т.100. Вып.1. с.147-162).

p>Через несколько месяцев после того, как Фарадей начал работать в Королевском институте, Хэмфри Дэви с женой отправился в путешествие по странам Европы. Он взял с собой портативную химическую лабораторию и предложил Фарадею стать его помощником и секретарем на время путешествия. А когда за несколько дней до поездки отказался ехать слуга Дэви, тот предложил Фарадею временно — пока не найдет другого — выполнять и обязанности слуги.

Во время путешествия Фарадей вел дневник, в который заносил все впечатления и мысли. Дневник этот дает представление о том, как много узнал Фарадей за это путешествие. Ведь до этого он 22 года прожил в Лондоне, и если выезжал, то не далее 12 миль. А вместе с Хэмфри Дэви Фарадей побывал во Франции, Италии, Швейцарии и других странах.

В Париже Дэви встречался и обсуждал научные проблемы с Ж.-Л.Гей-Люссаком, А. фон Гумбольдтом, К.Л.Бертоле и другими известными учеными. И не только обсуждал, но и проводил определенные исследования. В частности, выполнив анализ золы морских водорослей, которая содержала йод, Дэви сделал вывод, что йод — это химический элемент, похожий на хлор. С этим выводом Гей-Люссак категорически не согласился, но через два года, после многочисленных опытов, признал правоту Дэви.

В Генуе Фарадей помогал Дэви проводить опыты с электрическим скатом, целью которых было выяснить, не вызывает ли электрический разряд ската разложение воды.

Во Флоренции Дэви со своим помощником провел сжигания алмаза в атмосфере кислорода и окончательно доказал единую природу алмаза и графита. При этом Дэви воспользовался уникальной по величине линзой, принадлежавшей великому герцогу Тосканскому. С ее помощью Дэви вместе с Фарадеем направили лучи солнца на алмаз, который лежал в платиновой чашке под стеклянным колпаком, заполненным кислородом. Во Флоренции Фарадей и Дэви также осмотрели телескоп, изготовленный самим Галилеем.

В дневнике Фарадея есть запись: «Пятница, 17 июня 1814 г., Милан. Видел Вольта, который пришел к сэру Г. Дэви: он бодрый старик, на груди — красная лента, очень легкий в разговоре».

В Женеве Дэви и Фарадей познакомились с врачом и физиком Шарлем Деляривом и его сыном Огюстом, которому было в то время всего 13 лет. Через шесть лет, летом 1820 г., Огюст Делярив покажет Франсуа Араго опыт Эрстеда по влиянию электрического тока на магнитную стрелку. В сентябре Араго покажет этот опыт на заседании Парижской Академии наук, после чего академики А.-М.Ампер, Гей-Люссак, Ж.Био, Ф.Савар и другие начнут исследования электрических и магнитных явлений.

Трудно переоценить роль этой поездки для становления Фарадея как исследователя. Дэви был великим ученым, и помощь ему в проведении опытов была замечательной школой для экспериментатора, а просто присутствие при разговорах великих ученых внимательному и любознательному юноше могла заменить кучу учебников и ввести его в круг новейших научных проблем.

Вернувшись в 1815 году в Лондон, Фарадей снова начал работать в химической лаборатории Королевского института. Он принимал деятельное участие в подготовке лекций по химии и физике, а также в проведении различного рода анализов и других работ, которые выполнялись в химической лаборатории. Ему повысили плату. В 1816 году в журнале «Quarterly Journal of Science», который издавался Королевским институтом, вышла первая печатная работа Фарадея. Это произошло с легкой руки Дэви: он поручил Фарадею выполнить химический анализ тосканской извести, образец которой получил из Италии, а когда Фарадей дал Дэви результаты, тот отдал их для публикации в журнал.

С 1816 по 1820 г. Фарадей выполнял различные исследования по химии и физике и публиковал их результаты в журнале Королевского института. Он завоевал среди коллег такой авторитет, что в 1819 году ему поручили редактировать этот журнал. В 1820 году он напечатал работу «О двух новых соединениях хлора и углерода и о новом соединении йода, углерода и водорода».

В. Миколаєнко

Фарадей и электромагнитная теория света

Майкл Фарадей (22 сентября 1791 — 25 августа 1867), вероятно, наиболее известен своим открытием электромагнитной индукции, его вкладом в электротехнику и электрохимию или тем, что он отвечал за введение концепции поля в физике. описать электромагнитное взаимодействие. Но, возможно, не так хорошо известно, что он также внес фундаментальный вклад в электромагнитную теорию света .

В 1845 году, всего 170 лет назад, Фарадей обнаружил, что магнитное поле влияет на поляризованный свет — явление, известное как магнитооптический эффект или эффект Фарадея. Чтобы быть точным, он обнаружил, что плоскость вибрации луча линейно поляризованного света, падающего на кусок стекла, вращалась, когда магнитное поле было приложено в направлении распространения луча. Это было одно из первых указаний на связь электромагнетизма и света. В следующем году, в мае 1846 года, Фарадей опубликовал статью Мысли о вибрациях лучей , пророческую публикацию , в которой он предположил , что свет может быть вибрацией электрических и магнитных силовых линий.

Случай Фарадея нечасто встречается в истории физики: хотя его обучение было очень простым, законы электричества и магнетизма в гораздо большей степени связаны с экспериментальными открытиями Фарадея, чем с любыми другими учеными. Он открыл электромагнитной индукции , что привело к изобретению динамо-машины, предшественницы электрического генератора. Он объяснил электролиз с точки зрения электрических сил, а также представил такие концепции, как поле , и силовых линий, , которые не только были фундаментальными для понимания электрических и магнитных взаимодействий, но и легли в основу дальнейших достижений в физике.

Майкл Фарадей родился в Южном Лондоне в скромной семье. Единственное базовое формальное образование, которое он получил в детстве, — это чтение, письмо и арифметика. Он бросил школу, когда ему было тринадцать, и начал работать в переплетном магазине. Его страсть к науке пробудилась описанием электричества , которое он прочитал в копии Британской энциклопедии , которую он подписывал, после чего он начал экспериментировать в импровизированной лаборатории. 1 марта 1813 года Фарадей был нанят в качестве лаборанта Хэмфри Дэви в Королевском институте в Лондоне, членом которого он был избран в 1824 году и где он проработал до своей смерти в 1867 году, сначала помощником Дэви, затем его сотрудником и, наконец, , после смерти Дэви, как его преемник.Фарадей произвел на Дэви такое впечатление, что когда последнего спросили о его величайшем открытии, Дэви ответил: «Моим величайшим открытием был Майкл Фарадей». В 1833 году он стал первым фуллеровским профессором химии в Королевском институте. Фарадей также признан великим популяризатором науки. В 1826 году Фарадей основал в Королевском институте «Пятничные вечерние лекции», которые являются каналом связи между учеными и мирянами. В следующем году он запустил Рождественские лекции для молодежи, которые ежегодно транслируются по национальному телевидению, серию, цель которой — представить науку широкой публике.Многие из этих лекций читал сам Фарадей. Оба они продолжаются по сей день.

Фарадей сделал свое первое открытие электромагнетизма в 1821 г. Он повторил эксперимент Эрстеда , поместив небольшой магнит вокруг токоведущего провода и убедившись, что сила, прилагаемая ток на магните был круговым. Как он объяснил много лет спустя, провод был окружен бесконечной серией круговых концентрических силовых линий , которые он назвал магнитным полем тока. Он взял за отправную точку работы Эрстеда и Ампера по магнитным свойствам электрических токов и в 1831 году получил электрический ток из изменяющегося магнитного поля, явление, известное как электромагнитная индукция . Он обнаружил, что когда через катушку пропускают электрический ток, в соседней катушке генерируется еще один очень короткий ток. Это открытие ознаменовало решающую веху в прогрессе не только науки, но и общества , и сегодня оно используется для производства электроэнергии в больших масштабах на электростанциях.Это явление открывает кое-что новое об электрических и магнитных полях. В отличие от электростатических полей, создаваемых электрическими зарядами в состоянии покоя, циркуляция которых по замкнутому пути равна нулю (консервативное поле), циркуляция электрических полей, создаваемых магнитными полями, происходит по замкнутому пути, отличному от нуля. Эта циркуляция, которая соответствует индуцированной электродвижущей силе, равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через поверхность, граница которой представляет собой проволочную петлю ( закон индукции Фарадея ).Фарадей изобрел первый электродвигатель, первый электрический трансформатор, первый электрический генератор и первую динамо-машину, поэтому Фарадея можно без всяких сомнений назвать отцом электротехники .

Фарадей отказался от теории жидкости для объяснения электричества и магнетизма и ввел концепции поля и силовых линий , отойдя от механистического объяснения природных явлений, таких как действия Ньютона на расстоянии. Введение Фарадеем концепции поля в физику, возможно, является его наиболее важным вкладом, и он был описан Эйнштейном как великое изменение в физике , потому что оно обеспечило электричество, магнетизм и оптику общей структурой физических теорий.Однако силовые линии Фарадея не были приняты до тех пор, пока несколько лет спустя не появился Джеймс Клерк Максвелл.

Как отмечалось в начале этой статьи, другим и, возможно, менее известным эффектом, обнаруженным Фарадеем, было влияние магнитного поля на поляризованный свет, явление, известное как эффект Фарадея или магнитооптический эффект . Пытливый ум Фарадея не удовлетворился простым открытием взаимосвязи между электричеством и магнетизмом. Он также хотел определить, влияют ли магнитные поля на оптические явления. Он верил в единство всех сил природы, в особенности света, электричества и магнетизма. 13 сентября 1845 г. г. он обнаружил, что плоскость поляризации линейно поляризованного света поворачивается, когда этот свет проходит через материал, к которому приложено сильное магнитное поле в направлении распространения света. Фарадей написал в абзаце № 7504 своего документа Dairy :

«Сегодня работал с магнитными силовыми линиями, проводя их через разные тела (прозрачные в разных направлениях) и в то же время пропуская через них поляризованный луч света (…) на поляризованном луче производился эффект, и, следовательно, магнит доказано, что сила и свет связаны друг с другом ».

Это, безусловно, было первым четким указанием того, что магнитная сила и свет связаны друг с другом, а также показало, что свет связан с электричеством и магнетизмом. В связи с этим явлением Фарадей также писал в том же абзаце:

«Этот факт, скорее всего, окажется чрезвычайно плодотворным и очень ценным при исследовании обоих условий естественной силы».

Он не ошибся. Этот эффект является одним из краеугольных камней электромагнитной теории света.

В выступлении королевского института в пятницу вечером, проведенном в апреле 1846 года , Фарадей предположил, что свет может быть некоторой формой возмущения, распространяющегося вдоль силовых линий . На самом деле именно в эту пятницу Чарльз Уитстон должен был выступить с докладом о своем хроноскопе. Однако в последнюю минуту у Уитстона случился приступ страха перед сценой, и Фарадей выступил с речью Уитстона.Так как он закончил раньше времени, он заполнил оставшиеся минуты, раскрывая свои мысли о природе света . Речь Фарадея была опубликована в том же году в журнале Philosophical Magazine под заголовком Мысли о лучевых вибрациях . Фарадей даже осмелился поставить под сомнение существование светоносного эфира — научная ересь того времени — который должен был быть средой для распространения света, как так элегантно Френель описал в своей волновой теории света.Он предположил, что свет может быть результатом не колебаний эфира, а колебаний физических силовых линий. Фарадей попытался исключить эфир, но он сохранил вибрации. Почти извиняющимся тоном Фарадей заканчивает свой доклад, в котором говорится:

«Я думаю, что вполне вероятно, что я сделал много ошибок на предыдущих страницах, потому что даже для меня мои идеи по этому поводу кажутся только тенью спекуляции ».

Однако эта идея Фарадея была воспринята со значительным скепсисом и отвергалась всеми до тех пор, пока в 1865 году не была опубликована статья Максвелла под названием Динамическая теория электромагнитного поля .В этой статье Максвелл не только описывает свою основополагающую электромагнитную теорию света — одну из вех, отмеченных в этом Международном году света 2015 — но также приписывает идеи, которые в конечном итоге легли в основу его теории, мыслям Фарадея о лучевых вибрациях . На странице 466 своей статьи со скромностью, всегда свойственной Максвеллу, он ссылается на статью Фарадея 1846 года следующим образом:

«Концепция распространения поперечных магнитных возмущений за исключением нормальных четко изложена профессором Фарадеем в его« Мыслях о лучевых колебаниях ».Электромагнитная теория света, предложенная им [Фарадеем], по сути та же, что и та, которую я начал развивать в этой статье, за исключением того, что в 1846 году не было данных для расчета скорости распространения ».

И на странице 461 своей статьи 1865 года Максвелл также упоминает о магнитооптическом эффекте, заявляя:

«Фарадей обнаружил, что когда плоско поляризованный луч пересекает прозрачную диамагнитную среду в направлении силовых линий магнитного поля, создаваемых соседними магнитами или токами, плоскость поляризации вращается».

Всего Майкл Фарадей цитируется шесть раз и трижды упоминается в статье Максвелла 1865 года. Однако это неудивительно, учитывая, что большая часть работ Максвелла основана на работах Фарадея, и Максвелл математически смоделировал большинство открытий Фарадея по электромагнетизму в теорию, которую мы знаем сегодня.

Электромагнитные волны, о существовании которых Фарадей размышлял в 1846 году в своих мыслях о лучевых колебаниях , и которые были математически предсказаны Максвеллом в 1865 году, наконец, были получены в лаборатории Герца в 1888 году.Остальное уже история. Ясно, что Максвелл открыл дверь в физику двадцатого века, но не менее ясно, что Фарадей дал Максвеллу некоторые из ключей, которые он использовал.

В 1676 году Ньютон послал своему сопернику Гуку письмо, в котором написал: «Если я и видел дальше, то это было то, что он стоял на плечах гигантов» (*). Двести пятьдесят лет спустя, во время одного из визитов Эйнштейна в Кембридж, Великобритания, кто-то заметил: «Вы сделали великие дела, но стоите на плечах Ньютона». Эйнштейн ответил: «Нет, я стою на плечах Максвелла».Если бы кто-то сказал то же самое Максвеллу, он, вероятно, сказал бы, что он стоял на плечах Фарадея .

(*) Хотя это предложение интерпретируется некоторыми авторами как саркастическое замечание, направленное на горбатую внешность Гука, в настоящее время эта фраза обычно используется в положительном ключе. Комментарий Ньютона — это заявление о том, что наука представляет собой серию постепенных достижений, которые строятся на уже достигнутых ранее (см., Например, книгу Стивена Хокинга под названием На плечах гигантов ).

Профессор прикладной физики Университета Аликанте (Испания) и член Королевского физического общества Испании

Библиография

• А. Диас-Хеллин, Фарадей: El gran cambio en la Física (Nívola. Madrid, 2001).
• Ордоньес, В. Наварро и Х. М. Санчес Рон, Historia de la ciencia (Espasa Calpe. Madrid, 2013).
• Форбс и Б. Махон, Фарадей, Максвелл и электромагнитное поле: как два человека революционизировали физику (Prometheus Books.Нью-Йорк, 2014).
• Зайонц, Улавливая свет: переплетенная история света и разума (Oxford University Press, Нью-Йорк, 1995)
• Хокинг, На плечах гигантов: великие труды по физике и астрономии (Running Press. Philadelphia, 2002)
• Мансурипур, Классическая оптика и ее приложения (Издательство Кембриджского университета, Кембридж, 2002)

Электромагнитный ротационный аппарат Майкла Фарадея (двигатель)

Этот простой на вид объект был создан Майклом Фарадеем в 1822 году.Его простота маскирует его истинное значение как первого из сохранившихся электродвигателей.

В 1820 году Ганс Кристиан Эрстед объявил о своем открытии, согласно которому электрический ток, протекающий через провод, создает вокруг него магнитное поле. Андре-Мари Ампер продолжил и показал, что магнитная сила, по-видимому, была круговой, создавая, по сути, цилиндр магнетизма вокруг провода. Такой круговой силы раньше не наблюдалось.

Британский ученый-самоучка Майкл Фарадей (1791–1867) первым понял, что означают эти открытия.Если магнитный полюс можно изолировать, он должен постоянно перемещаться по кругу вокруг токоведущего провода.

В 1821 году Фарадей попытался понять работу Эрстеда и Ампера, разработав свой собственный эксперимент с использованием небольшой ртутной ванны. Это устройство, преобразовывающее электрическую энергию в механическую, было первым электродвигателем.

Этот прибор — единственный сохранившийся оригинальный образец, сделанный Фарадеем на следующий год после его открытия в 1822 году.

Двигатель оснащен жестким проводом, который свешивается в стеклянный сосуд, на дне которого закреплен стержневой магнит.Тогда стеклянный сосуд будет частично заполнен ртутью (металлом, который является жидким при комнатной температуре и является отличным проводником). Фарадей подключил свой аппарат к батарее, которая пропускала электричество по проводу, создавая вокруг него магнитное поле. Это поле взаимодействовало с полем вокруг магнита и заставляло проволоку вращаться по часовой стрелке.

Это открытие привело Фарадея к размышлениям о природе электричества. В отличие от своих современников, он не был убежден, что электричество — это материальная жидкость, которая течет по проводам, как вода по трубе.Вместо этого он думал об этом как о вибрации или силе, которые каким-то образом передаются в результате напряжений, созданных в проводнике.

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

История магнетизма и электричества

600 до н.э. — магнитный камень

Магнитные свойства природных ферритных ферритовых (Fe ₃ O ₄ ) камней (магнитов) были описаны греческими философами.

600 до н.э. — Электрический заряд

Янтарь — желтоватый полупрозрачный минерал. Еще в 600 г. до н.э. греческий философ Аристофан знал об его особенном свойстве: при натирании куска меха янтарь развивает способность притягивать к себе небольшие кусочки материала, например перья. На протяжении веков это странное, необъяснимое свойство считалось уникальным для янтаря. Этот странный эффект оставался загадкой более 2000 лет, пока примерно в 1600 году нашей эры доктор Уильям Гилберт не исследовал реакции янтаря и магнитов и впервые записал слово «электрический» в отчете по теории магнетизма.

Позже, в 1895 г., Х.А. Лоренц разработал теорию электронов. Теперь мы знаем, что есть три способа производства электричества: статическая, электрохимическая и электромагнитная индукция.

1175 — Первое упоминание о компасе

Александр Некем, английский монах из Сент-Олбанса, описывает работу компаса.

1269 — Первое подробное описание компаса

Петрус Перегринус де Маринкур, французский крестоносец, описывает плавающий компас и компас с точкой поворота.

1600 — Статическое электричество (De Magnete)

В 16 веке Уильям Гилберт (1544–1603), придворный врач королевы Елизаветы I, доказал, что многие другие вещества являются электрическими (от греческого слова янтарь, электрон) и что они обладают двумя электрическими эффектами. При натирании мехом янтарь приобретает смолистое электричество; однако стекло при натирании шелком приобретает стекловидное электричество. Электричество отталкивает одно и то же и притягивает противоположный вид электричества. Ученые думали, что трение действительно создало электричество (их слово для обозначения заряда).Они не осознавали, что на мехе или шелке остается равное количество противоположного электричества. Доктор Уильям Гилберт понял, что сила создается, когда кусок янтаря (смолы) натирается шерстью и притягивает легкие предметы. Сегодня, описывая это свойство, мы говорим, что янтарь «наэлектризован» или обладает «электрическим зарядом». Эти термины произошли от греческого слова «электрон», означающего янтарь, и отсюда и возник термин «электричество». Только в конце XIX века это «нечто» было обнаружено как отрицательное электричество, известное сегодня как электроны.

Гилберт также изучал магнетизм и в 1600 году написал «De magnete», который дал первое рациональное объяснение таинственной способности стрелки компаса указывать север-юг: сама Земля была магнитной . «Де Магнет» открыл эру современной физики и астрономии и положил начало веку, отмеченному великими достижениями Галилея, Кеплера, Ньютона и других.

Гилберт записал три способа намагничивания стальной иглы: прикосновением к грузоподъемному камню; холодным волочением в направлении Север-Юг; и при длительном воздействии магнитного поля Земли при ориентации Север-Юг.

1660 — Генератор статического электричества

Отто фон Герике изобретает грубую машину для производства статического электричества.

1729 — Проводники и непроводники

Стивен Грей описывает, что мощность, которой обладает одно наэлектризованное тело, может передаваться другому путем их соединения.

1734 — Электрическое притяжение и отталкивание

Шарль Франсуа де Систерне Дю Фай первым распознал два вида электричества.

1730 — Составной магнит

Servigton Savery производит первый составной магнит, связывая вместе несколько искусственных магнитов с общим полюсным наконечником на каждом конце.

1740 — Первый коммерческий магнит

Gowen Knight производит первые искусственные магниты для продажи научным исследователям и наземным мореплавателям.

1745 — Electric Force, Capacitor

Leyden Jar — одна из самых ранних и простых форм электрического конденсатора, независимо изобретенная около 1745 года голландским физиком Питером ван Мушенбруком из Лейденского университета и Эвальдом Георгом фон Клейстом из Померании. Первоначальная лейденская банка представляла собой стеклянную банку с водой с закрытой пробкой, через которую в воду выходила проволока или гвоздь.Банку заряжали, держа ее в одной руке и приводя оголенный конец провода в контакт с электрическим устройством. Если контакт между проводом и источником электричества был прерван, а провод касался другой рукой, происходил разряд, который воспринимался как сильный ток.

Если заряд Q помещается на металлические пластины, напряжение повышается до величины V. Показателем способности конденсатора накапливать заряд является емкость C, где C = Q / V. Заряд проходит от конденсатора так же, как от аккумулятора, но с одним существенным отличием.Когда заряд покидает пластины конденсатора, без подзарядки ничего нельзя получить. Это происходит потому, что электрическая сила консервативна. Выделяемая энергия не может превышать запасенную. Способность выполнять работу называется электрическим потенциалом .

Тип сохранения энергии также связан с ЭДС. Электрическая энергия, получаемая от батареи, ограничена энергией, хранящейся в химических молекулярных связях. И ЭДС, и электрический потенциал измеряются в вольтах, и, к сожалению, термины напряжение, потенциал и ЭДС используются довольно свободно.Например, термин потенциал батареи часто используется вместо ЭДС.

1747 — Стекловидное электричество, сохранение заряда

Бенджамин Франклин (1706-90) был американским печатником, писателем, философом, дипломатом, ученым и изобретателем.

После открытия Гилбертом того факта, что сила электрического заряда создается трением различных материалов, Бенджамин Франклин в 1747 году улучшил это, объявив, что этот электрический заряд существует двух типов электрических сил, силы притяжения и силы отталкивания .(Уильям Уотсон (1715-87) в Англии независимо пришел к такому же выводу.) Чтобы идентифицировать эти две силы, он дал названия, положительный и отрицательный заряды, и для их обозначения он использовал знаки + и -, обозначающие положительный и отрицательный заряды. the — для отрицательного. Бенджамин Франклин понял, что все материалы обладают одним видом электрической «жидкости», которая может свободно проникать в материю, но не может быть ни создана, ни разрушена. Действие трения просто передает жидкость от одного тела к другому, электризуя оба.Франклин и Ватсон разработали принцип сохранения заряда: общее количество электричества в изолированной системе постоянно. Франклин определил жидкость, которая соответствует электричеству стекловидного тела, как положительное, а отсутствие жидкости как отрицательное. Следовательно, согласно Франклину, направление потока было от положительного до отрицательного — противоположное тому, что сейчас известно как истина. В дальнейшем была разработана теория двух жидкостей, согласно которой образцы одного типа притягиваются, а образцы противоположных типов — отталкиваются.

Франклин был знаком с лейденской банкой (стеклянной банкой, покрытой изнутри и снаружи оловянной фольгой), как она может хранить заряд и как она вызывала электрошок при разрядке. Франклин задался вопросом, были ли молния и гром также результатом электрических разрядов. Во время грозы 1752 года Франклин запустил воздушного змея с металлическим наконечником. В конце влажной проводящей веревки из конопли, по которой летел змей, он прикрепил металлический ключ, к которому привязал непроводящую шелковую веревку, которую держал в руке.Эксперимент был чрезвычайно опасным, но результаты были безошибочными: когда он держал костяшки пальцев возле ключа, он мог вытянуть из него искры. Следующие двое, пытавшиеся провести этот чрезвычайно опасный эксперимент, были убиты.

1750 — Первая книга по изготовлению магнитов

Джон Митчелл издает первую книгу по изготовлению стальных магнитов.

1757 — Power, Steam Engine

Джеймс Ватт (1736-1819) не проводил электрических экспериментов. Он был мастером по профессии и в 1757 году основал ремонтную мастерскую в Глазго.Ватт измерил скорость работы, выполняемой лошадью, поднимающей мусор в старую шахту, и обнаружил, что она составляет около 22 000 фут-фунтов в минуту. Он добавил, что маржа в 50% составляет , 33000 фут-фунтов равняются одной лошадиных сил.

Джеймс Ватт, также изобрел пароконденсатный двигатель. Его усовершенствования паровых двигателей были запатентованы в течение 15 лет, начиная с 1769 года, и его именем была названа электрическая единица мощности — Ватт. Когда генератор Эдисона был соединен с паровой машиной Ватта, производство электроэнергии в больших масштабах стало практическим предложением.

1767 — Электрическая сила

Еще в 1600 году было известно, что сила притяжения или отталкивания уменьшается по мере разделения зарядов . Эта взаимосвязь была впервые поставлена ​​на числовую или количественную основу Джозефом Пристли, другом Бенджамина Франклина. В 1767 году Пристли косвенно вывел, что когда расстояние между двумя маленькими заряженными телами увеличивается в какой-то раз, силы между телами уменьшаются на квадрат множителя.Например, если расстояние между зарядами увеличивается втрое, сила уменьшается до одной девятой своего прежнего значения. Доказательство Пристли, хотя и строгое, было настолько простым, что он не стал его настойчиво защищать. Этот вопрос не считался решенным до 18 лет спустя, когда Джон Робинсон из Шотландии провел более прямые измерения задействованной электрической силы.

1780 — Электрический ток

Из-за несчастного случая итальянский ученый 18 века Луиджи Гальвани начал цепочку событий, которая завершилась разработкой концепции напряжения и изобретением батареи.В 1780 году один из помощников Гальвани заметил, что рассеченная лягушачья лапа дергалась, когда он касался ее нерва скальпелем. Другой помощник подумал, что в то же время он видел искру от ближайшего заряженного электрогенератора. Гальвани рассудил, что причиной мышечных сокращений было электричество. Однако он ошибочно полагал, что этот эффект был вызван переносом особой жидкости или «животным электричеством», а не обычным электричеством.

Эксперименты, подобные этому, в которых лапы лягушки или птицы стимулировались контактом с различными типами металлов, привели Луиджи Гальвани в 1791 г. к выдвижению теории о том, что ткани животных генерируют электричество.Экспериментируя с тем, что он назвал атмосферным электричеством, Гальвани обнаружил, что мышца лягушки подергивается, когда ее подвешивают за медный крючок на железной решетке.

1792 — Электрохимия, гальваническая ячейка

К 1792 году другой итальянский ученый, Алессандро Вольта, не согласился: он понял, что главными факторами открытия Гальвани были два разных металла — стальной нож и оловянная пластина, на которых лежала лягушка. . различные металлы, разделенные влажной тканью лягушки, производили электричество.Нога лягушки была просто детектором.

В 1800 году Вольта показал, что когда влага проникает между двумя разными металлами, возникает электричество. Это побудило его изобрести первую электрическую батарею, гальваническую батарею, которую он сделал из тонких листов меди и цинка, разделенных влажным картоном (войлок, пропитанный рассолом).

Таким образом, был открыт новый вид электричества — электричество, которое непрерывно текло, как водяной поток, а не разряжалось единственной искрой или ударом.Вольта показал, что электричество можно заставить перемещаться из одного места в другое по проводам, тем самым сделав важный вклад в науку об электричестве.

1820 — Электромагнетизм, ток

В 1820 году физик Ганс Кристиан Эрстед узнал, что ток, протекающий по проводу, будет двигать стрелку компаса, расположенную рядом с ним. Это показало, что электрический ток создает магнитное поле.

Андре Мари Ампер, французский математик, посвятивший себя изучению электричества и магнетизма, был первым, кто объяснил электродинамическую теорию.Он показал, что два параллельных провода, по которым протекает ток, притягиваются друг к другу, если токи текут в одном направлении, и противодействуют друг другу, если токи текут в противоположных направлениях. Он сформулировал в математических терминах законы, которые управляют взаимодействием токов с магнитными полями в цепи, и в результате этого от его имени была получена единица измерения электрического тока , усилитель . Электрический заряд в движении называется электрическим током. Сила тока — это количество заряда, проходящего через заданную точку в секунду, или I = Q / t, где Q кулонов заряда проходит за t секунд.Единица измерения тока — это ампер или ампер, где 1 ампер = 1 кулон / сек. Поскольку ток также является источником магнетизма, он является связующим звеном между электричеством и магнетизмом.

1822 — Преобразования Фурье

Барон Жозеф Фурье (1768-1830) был французским математиком. Его метод анализа волн, опубликованный в 1822 году, был результатом его работы о потоке тепла. Он показывает, как любую волну можно построить из более простых волн. Этот мощный раздел математики, преобразования Фурье, внес свой вклад в важные современные разработки, такие как распознавание электронной речи.

1826 — Сопротивление — токи, вызывающие нагрев

В 1826 году немецкий физик Георг Симон Ом исследовал принцип Вольта для электрической батареи и соотношение токов в цепи Ампера. Он отметил, что когда в цепи был ток, время от времени возникало тепло, и количество тепла было связано с разными металлами. Он обнаружил, что существует связь между током и теплом, существует некое «сопротивление» протеканию тока в цепи.Обнаружив это, он обнаружил, что если разность потенциалов (вольт) остается постоянной, ток пропорционален сопротивлению. Эта единица электрического сопротивления — ом — была названа в его честь. Он также сформулировал закон, показывающий соотношение между вольт, ампер и сопротивлением , и этот закон был назван «законом Ома», также названным в его честь. Этот закон, каким мы его знаем сегодня, лежит в основе электричества.

1830 — Индуктивность

В 1830 году Джозеф Генри (1797-1878) обнаружил, что изменение магнетизма может заставить токи течь, но он не смог опубликовать это.В 1832 году он описал самоиндукцию — основное свойство индуктора. В знак признания его работы индуктивность измеряется в генри. Затем была подготовлена ​​почва для всеобъемлющей электромагнитной теории Джеймса Клерка Максвелла. Разброс реальных токов огромен. Современный электрометр может обнаруживать токи величиной до 1/10000000000000000 ампер, что составляет всего 63 электрона в секунду. Ток в нервном импульсе составляет примерно 1/100 000 ампер; 100-ваттная лампочка рассчитана на 1 ампер; разряд молнии достигает пика примерно 20 000 ампер; А атомная электростанция мощностью 1200 мегаватт может выдавать 10 миллионов ампер при напряжении 115 В.

1836 — Ячейка Даниэля

В 1836 году Джон Даниэлл (1790-1845) предложил усовершенствованную электрическую ячейку, которая обеспечивала равномерный ток во время непрерывной работы. Ячейка Даниэля дала новый импульс исследованиям в области электричества и нашла множество коммерческих применений. В 1837 году Даниэлю была вручена высшая награда Королевского общества — медаль Копли за изобретение ячейки Даниэля.

1837 — Телеграф, электромагнит

После открытия электрической батареи и электромагнита Сэмюэл Морс (1791-1872) представил электрический телеграф.Закодированные сообщения передавались по проводам с помощью электрических импульсов (обозначенных точками и тире), известных как азбука Морзе. Это действительно было началом использования электроэнергии в коммерческих целях. Электрический телеграф известен как первое практическое применение электричества и первая система электрической связи. Здесь интересно отметить, что почтовое отделение в Австралии играло важную роль в то время в организации связи.

1840 — Механический компьютер

Чарльз Бэббидж (1791–1871), британский математик, сконструировал несколько машин для создания безошибочных таблиц для навигации.Механические устройства будут служить моделями для более поздних электронных компьютеров.

1850 — Термоэлектричество

Томас Зеебек Немецкий физик открыл «эффект Зеебека». Он скрутил два провода, сделанных из разных металлов, и нагрел соединение в месте их пересечения, создав небольшой ток. Ток — это результат перетекания тепла от горячего спая к холодному. Это называется термоэлектричеством. Термо — это греческое слово, означающее тепло.

1854 — Булева алгебра

Джордж Буль был полностью самоучкой.Он опубликовал способ использования символов, который идеально выражает правила логики. Используя эту систему, можно четко и часто упрощать сложные правила.

1855 — Электромагнитная индукция

Майкл Фарадей (1791-1867) англичанин, сделал одно из самых значительных открытий в истории электричества: электромагнитную индукцию. Его новаторская работа касалась того, как работают электрические токи. Многие изобретения явились результатом его экспериментов, но они появились на пятьдесят или сто лет спустя.Неудачи никогда не разочаровывали Фарадея. Он бы сказал; «неудачи так же важны, как и успехи». Он чувствовал, что неудачи тоже учат. Фарад, единица емкости названа в честь Майкла Фарадея.

Фарадей очень интересовался изобретением электромагнита, но его блестящий ум пошел дальше предыдущих экспериментов. Если электричество может производить магнетизм, почему магнетизм не может производить электричество . В 1831 году Фарадей нашел решение.Электричество могло быть произведено посредством магнетизма движением. Он обнаружил, что когда магнит перемещается внутри катушки с медной проволокой, через нее течет крошечный электрический ток. H.C. Эрстед в 1820 году продемонстрировал, что электрические токи создают магнитное поле. Фарадей заметил это и в 1821 году экспериментировал с теорией, согласно которой, если электрические токи в проводе могут создавать магнитные поля, то магнитные поля должны производить электричество. К 1831 году он смог доказать это и с помощью своего эксперимента смог объяснить, что эти магнитные поля представляют собой силовые линии.Эти силовые линии заставят ток течь в катушке с проволокой, когда катушка вращается между полюсами магнита. Затем это действие показывает, что катушки проволоки, перерезанные магнитными силовыми линиями, каким-то странным образом производят электричество. Эти эксперименты убедительно продемонстрировали открытие электромагнитной индукции при производстве электрического тока путем изменения напряженности магнитного поля.

1860 — Arc Lights

Поскольку практическое использование электричества стало очевидным и электрический телеграф начал работать, вскоре ученые начали искать пути дальнейшего использования этого электричества.Следующим очень важным достижением было внедрение электрической угольной дуги, которая была продемонстрирована в экспериментальной форме в 1808 году сэром Хамфри Дэви. Он использовал большую батарею, чтобы обеспечить ток для своей демонстрации, поскольку эти дуговые лампы требуют сильного тока, а средства механической выработки электричества еще не были разработаны. Принцип этих дуговых ламп заключается в том, что когда два углеродных стержня в цепи соединяются, возникает дуга. Эта дуга, которая излучает блестящее накаливание, сохраняется до тех пор, пока стержни просто разъединены и механически подаются таким образом, чтобы поддерживать дугу.Поскольку дуговые лампы потребляли сильный ток от этих батарей, практическое применение они получили только в 1860 году. К этому времени были разработаны адекватные источники генерации, которые затем использовались в основном только для уличного освещения и в кинотеатрах. Хотя дуговое освещение все еще использовалось до начала 1900-х годов, в конечном итоге они были вытеснены лампами накаливания, за исключением того, что большинство кинотеатров используют их в своих проекторах даже сегодня.

1860 — Двигатель постоянного тока

История электродвигателя начинается с Ганса Христиана Эрстеда, который в 1820 году обнаружил, что электричество создает магнитное поле, как упоминалось ранее.Фарадей продолжил это в 1821 году, разработав принцип электродвигателя собственной конструкции. Среди них стоит упомянуть Якоби в 1834 году, Элиас в 1842 году, Фромент в 1844 году и Пачинотти в 1860 году. Пачинотти использовал кольцевую арматуру, которая использовалась в 1860 году и была выдающимся достижением по сравнению с любыми предыдущими попытками. Большинство этих двигателей находились на экспериментальной стадии, но только в 1871 году Зеноб Теофиль Грамм представил свой двигатель, который на самом деле был развитием машины Пачинотти.Этот двигатель был назван первым электродвигателем, имеющим коммерческое значение. В этот период ученые сконцентрировались на «двигателе», но тем временем эксперименты с машинами, производящими электричество динамически, продолжались.

1866 — LeClanche Cell

Лекланш (1839–1882) — французский инженер, который примерно в 1866 году изобрел батарею, носящую его имя. В слегка измененном виде батарея Leclanché, теперь называемая сухим элементом, производится в больших количествах и широко используется в таких устройствах, как фонарики и портативные радиоприемники.Эта ячейка состоит из цинкового корпуса, заполненного влажной пастой, содержащей сульфат аммония. В центре этой электролитической пасты находится угольный стержень, покрытый диоксидом марганца, который является сильным окислителем.

1871 — Генератор постоянного тока

С разработкой Эдисоном в 1879 году угольной лампы накаливания, генератор постоянного тока стал одним из основных компонентов систем освещения с постоянным потенциалом. Раньше для уличного освещения использовались только дуговые лампы. Затем коммерческое и жилое освещение, к чему стремились изобретатели, стало практичным, и так родилась электроэнергетика и электроэнергетика.Когда Х. К. Эрстед в 1820 году обнаружил, что электрический ток создает магнитные поля, был разработан двигатель постоянного тока. В 1831 году Майкл Фарадей открыл принцип электромагнитной индукции. Он обнаружил, что перемещение магнита через катушку с проволокой вызывает прохождение электрического тока в проволоке, поэтому теперь можно разработать электрический генератор. Но только в 1871 году, когда Грамм представил свой двигатель и генератор, электрический генератор стал использоваться в коммерческих целях. К 1872 году Сименс и Хальске из Берлина усовершенствовали генератор Грамма, изготовив якорь барабана.Были внесены и другие улучшения, такие как якорь с прорезями в 1880 году, но к 1882 году Эдисон завершил разработку системы, которую мы все еще используем для распределения электроэнергии от электростанций.

1876 — Телефон

С тех пор, как телеграф был изобретен Самуэлем Морсом в 1837 году, в его использовании были достигнуты большие успехи, но он продолжал работать как телеграфная система, использующая азбуку Морзе для связи. Александр Грэм Белл в 1875 году интересовался телеграфией и понял, что при использовании кода Морзе по телеграфным проводам должны быть другие способы связи с использованием электричества.Он также интересовался акустикой и звуком и работал по принципу, что если азбука Морзе создает электрические импульсы в электрической цепи, некоторые звуковые средства, вызывающие вибрацию в воздухе, могут также создавать электрические импульсы в цепи. В эксперименте он использовал «диафрагму», связанную с электрической цепью, и любой звук, достигающий диафрагмы, вызывал электрические импульсы, которые передавались на другой конец цепи. Тогда они вызовут вибрацию другой диафрагмы на этом конце и будут находиться по отношению к первой диафрагме, следовательно, звук будет электрически передаваться от одного конца цепи к другому.Он продолжал работать над этими экспериментами, и 7 марта 1876 года его телефон был официально запатентован, и его успешная демонстрация была проведена в выставочном зале в Филадельфии. Грэм Белл как раз успел запатентовать свой телефон, поскольку другой изобретатель Элиша Грей также экспериментировал с аналогичным изобретением. Позже Эдисон усовершенствовал диафрагму, которую тогда называли передатчиками, но Белл победил, удостоившись чести изобрести «телефон».

Александр Грэм Белл (1847-1922) родился в Шотландии, вырос в семье, которая интересовалась наукой о звуке.Отец и дед Белла учили глухих речи. Аппарат уровня звука назван в его честь белом. Уровни звука измеряются в десятых бела , или децибелах. Аббревиатура децибела — дБ.

1879 — Генерация постоянного тока, лампа накаливания

Томас Альва Эдисон (1847-1931) был одним из самых известных изобретателей всех времен с 1093 патентами. Самоучка, Эдисон интересовался химией и электроникой. За всю свою жизнь Эдисон получил только три месяца формального обучения и был исключен из школы как отсталый, хотя на самом деле из-за приступа скарлатины в детстве он был частично глухим.

Прошло почти 40 лет, прежде чем Томас Эдисон построил действительно практичный генератор постоянного тока. Многие изобретения Эдисона включали фонограф и улучшенный печатный телеграф. В 1878 году британский ученый Джозеф Свон изобрел лампу накаливания, а через двенадцать месяцев Эдисон сделал аналогичное открытие в Америке. Позже Свон и Эдисон создали совместную компанию по производству первой практичной лампы накаливания. До этого электрическое освещение было моими примитивными дуговыми лампами.

Эдисон использовал свой генератор постоянного тока, чтобы обеспечить электричеством свою лабораторию, а затем в сентябре 1882 года осветить первую улицу Нью-Йорка, освещенную электрическими лампами. Однако успехи Эдисона не были бесспорными — хотя он был убежден в достоинствах постоянного тока для выработки электроэнергии, другие ученые в Европе и Америке признали, что постоянный ток имеет серьезные недостатки.

1880 — Слой Хевисайда

Оливер Хевисайд (1850-1925) Британский математик понял, что информация распространяется по кабелю в виде волны в пространстве между проводниками, а не через сами проводники.Его концепции позволили проектировать междугородные телефонные кабели. Он также обнаружил, почему радиоволны огибают Землю. Это привело к дальнему радиоприему.

1880 — Абсолютные температуры, законы Кирхгофа, законы Кулона, магнитный поток, микрофон

Уильям Томсон, лорд Кельвин (1824–1907) был наиболее известен своим изобретением новой температурной шкалы, основанной на концепции абсолютного нуля температуры. при -273 ° C (-460 ° F). До конца своей жизни Томсон яростно сопротивлялся идее о том, что энергия, излучаемая радиоактивностью, исходит изнутри атома.Одно из величайших научных открытий XIX века, Томсон умер, выступая против одного из самых важных нововведений в истории науки.

Moskowitz, LR: Руководство по проектированию и применению постоянных магнитов , Cahners Books International, Inc. (1976)

4 способа, которыми Майкл Фарадей произвел революцию в мире

Майкл Фарадей родился в одной из самых жестких классовых систем в истории. не суждено стать влиятельным человеком. На рубеже 19-го века он провел свое детство в убогой лондонской квартире с небольшими возможностями и без формального образования, кроме начальной школы.

Но отсутствие родословной не помешало Фарадею стать одним из самых влиятельных ученых в мире. В 14 лет он начал учиться в местном магазине, где научился переплетному делу. Днем он собирал книги вместе, а по ночам читал их, желая понять загадку электричества. К 21 году Фарадей продолжил свое дело — и, как назло, клиент дал ему билет, чтобы увидеть, как ведущий ученый Хамфри Дэви продемонстрирует чудо электричества.Фарадей не знал, что это станет поворотным моментом в его жизни и жизни общества в целом.

Удивившись лекции Дэви, Фарадей написал книгу, в которой красноречиво изобразил теории ученого. Этот жест произвел впечатление на Дэви, и он нанял молодого Фарадея в ученики. Остальное, как говорится, уже история. Вот лишь несколько причин, по которым Фарадей сделал наш мир таким, каким он является сегодня.

Пройдите тест: какой курс программирования мне подходит?

1. Он открыл электромагнитную индукцию

До того, как Фарадей сделал это на месте, ученые знали об электричестве, хотя они мало что сделали, чтобы использовать его на практике.Возьмем, к примеру, Джованни Альдини, который отправился в тур по Европе в 1803 году, чтобы убить труп на глазах у публики. В то время электричество было такой загадочной силой, что большинство мирян считали его похожим на магию больше всего на свете.

Фарадей изменил все это, когда в 1831 году открыл электромагнитную индукцию. В ходе своих новаторских экспериментов он обнаружил, что, помещая проводник в изменяющееся магнитное поле, он создает напряжение на проводнике. Проще говоря? Он нашел способ вызвать электрический ток, и это открытие позже было применено ко многим устройствам, которые мы используем сегодня.

Спасибо, мистер Фарадей.

К 40 годам Фарадей изобрел электродвигатель, трансформатор и генератор. Без открытия электромагнитной индукции у нас не было бы беспроводной передачи энергии или звукоснимателей для электрогитары. Совершенно верно: вы можете поблагодарить сладкий, сладкий звук Джими Хендрикса в немалой степени открытиям Фарадея. В общем, Фарадей превратил электричество из исключительно развлечения в практическое и широкое применение.

2. Его изобретения преобразили дом, ферму и фабрику

Забудьте об этом модном холодильнике, который произвольно производит три разных типа кубиков льда.До появления электричества, которое можно использовать, почти все аспекты человеческой жизни функционировали иначе, чем сейчас. Люди во времена Фарадея жили дома с масляными лампами, деревянными ящиками для льда и угольными печами у сухих раковин.

Открытия Фарадея также революционизировали работу мелких фермеров практически во всех возможных смыслах. Электричество устранило ручной труд, такой как откачка воды, так что сельские семьи больше не тратили часы своего дня на то, чтобы таскать воду для скота или в дом.Автоматизированные системы для таких задач, как доение коров, не позволяли фермерам повредить руки, а угроза пожара в коровнике из-за опрокидывания масляных ламп во время раннего утреннего доения уменьшилась.

И хотя промышленная революция уже началась, когда появился Faraway, хлопкоочистительные и электрические ткацкие станки стали старыми новостями, поскольку такие чудеса, как швейные машины и телеграф, изменили способы работы и общения людей. От сотовых телефонов до кондиционеров — современные удобства, которые мы сейчас принимаем как должное, когда-то были всего лишь фантазией, без неустанного удивления и любопытства Фарадея, которые подпитывали их.

3. Он посвятил свою жизнь обучению других

Подобно тому, как Фарадей удивлялся лекциям Дэви, у него также было желание передать это благоговение детям и будущим ученым. Как он однажды сказал: «Лектор должен дать аудитории все основания полагать, что все его силы были приложены для их удовольствия и обучения». Фарадей понимал не только важность преподавания, но и энтузиазм и любовь, стоящие за ним. Он происходил от человека, практически не имевшего формального образования, и его приверженность образованию была не чем иным, как экстраординарным.

Фарадей начал ежегодную лекцию и демонстрации для детей, которые продолжались с 1865 года до наших дней, а выдающиеся ученые, такие как Джулиан Хаксли, Дэвид Аттенборо, Карл Саган и Сьюзен Гринфилд, продолжали передавать факел. На протяжении всей своей жизни, даже когда Фарадея десятилетиями боролся с деменцией и депрессией, преданность Фарадея постоянно раздвигала границы науки — и с тех пор мир никогда не был прежним.

4. Он проводил кампанию против лженауки, которая в то время свирепствовала в Англии.

Подобно викторианскому предку Билла Ная, ученого, Фарадей обнаружил тревогу, что, несмотря на значительный научный прогресс, общественность все больше увлекалась спиритизмом.Домашние сеансы стали обычным явлением; люди утверждали, что могут разговаривать с умершими родственниками; появились привидения; столы вращались, а предметы летели. Ясновидящие и медиумы представляли на сценах огромной толпе. Некоторые выдающиеся ученые даже приветствовали спиритизм как новую физику. Фарадей видел во всем этом отказ от своих усилий по созданию более научно грамотного общества.

Несмотря на то, что Фарадей, как известно, избегал общественного внимания, он считал своим долгом раскрыть уловки спиритуалистов посредством лекций и демонстраций.Одним из таких приемов было «переворачивание стола». Получив письмо за письмом, в котором объяснялось, что это связано с духами, электричеством, магнетизмом или любым другим числом сил, Фарадей намеревался продемонстрировать, что за этим явлением не стояли никакие сверхъестественные силы. Перед аудиторией, состоящей из «очень благородных» людей, Фарадей построил чувствительный рычаг индикатора на столе, чтобы показать, что поворот стола не был результатом сверхъестественных сил, а просто непреднамеренного механического давления человеческих рук — он повернулся, потому что люди ожидали он повернулся и неосознанно заставил его себя.

Хотите внести свой вклад в развитие технологий? Обучение программированию — это один из способов начать! Попробуйте наш бесплатный семинар по программированию или изучите Ruby и изучите JavaScript бесплатно сегодня. Тогда решите для себя: стоит ли того?

Если вы думаете о новой карьере, но не знаете, как профинансировать свой учебный курс, прочтите «Как оплатить учебный курс по программированию» или посетите страницу «Обучение и финансирование».

Майкл Фарадей — Биография, факты и изображения

Жил 1791 — 1867 гг.

Майкл Фарадей, происходивший из очень бедной семьи, стал одним из величайших ученых в истории. Его достижение было выдающимся в то время, когда наука обычно была прерогативой людей, рожденных в богатых семьях. Единица электрической емкости названа в его честь фарад и с символом F.

 «Майкл Фарадей». Известные ученые. famousscientists.org. 24 ноября 2014 г. Web.
.