Das Lehrbuch der Physik für die IX. Klasse gibt einen kurzen Ausflug in die Entdeckungsgeschichte des betreffenden Gesetzes. Die Überprüfung sollte ergänzt werden. Wir sprechen von einem grundlegenden Naturgesetz, und Sie müssen alle seine Aspekte im Prozess des Werdens offenbaren. Die Geschichte von Faradays Suche nach dem Gesetz ist besonders aufschlussreich, und hier brauchen wir keine Zeit zu verschwenden.
Michael Faraday wurde 1791 in der Nähe von London in der Familie eines Schmiedes geboren. Sein Vater hatte nicht die Mittel, um sein Studium zu bezahlen, und im Alter von 13 Jahren musste Faraday eine Ausbildung zum Buchbinder beginnen. Glücklicherweise wurde er bei einem Buchladenbesitzer in die Lehre geschickt. Ein neugieriger Junge, der eifrig las und keine leichte Literatur. Er wurde von den naturwissenschaftlichen Artikeln in der Encyclopædia Britannica angezogen, er studierte Mars' Discourses on Chemistry. 1811 begann Faraday, öffentliche Vorlesungen über Physik des bekannten Londoner Pädagogen Tatum zu besuchen.
Der Wendepunkt in Faradays Leben war 1812. Dance, ein Kunde des Besitzers einer Buchhandlung, Mitglied des Royal Institute, empfahl dem jungen Mann, sich die Vorlesungen des berühmten Chemikers Gamfrn Davy anzuhören. Faraday folgte guten Ratschlägen; er hörte eifrig zu und machte sich sorgfältig Notizen. Auf Anraten desselben Tanzes verarbeitete er die Notizen und schickte sie an Davy, wobei er eine Bitte um eine Gelegenheit für Forschungsarbeit hinzufügte. 1813 erhielt Faraday eine Stelle als Laborassistent im chemischen Labor des Royal Institute, das von Davy geleitet wurde.
Am Anfang ist Faraday Chemiker. Schnell schlägt er den Weg der eigenständigen Kreativität ein, und Devis Stolz muss oft unter dem Erfolg des Schülers leiden. 1820 erfuhr Faraday von Oersteds Entdeckung, und seitdem haben seine Gedanken Elektrizität und Magnetismus absorbiert. Er beginnt seine berühmte experimentelle Forschung, die zur Transformation des physikalischen Denkens führte. 1823 wurde Faraday zum Mitglied der Royal Society of London gewählt und dann zum Direktor der physikalischen und chemischen Laboratorien des Royal Institute ernannt. Die größten Entdeckungen wurden innerhalb der Mauern dieser Laboratorien gemacht. Faradays äußerlich eintöniges Leben besticht durch seine schöpferische Spannung. Davon zeugt das dreibändige Werk „Experimental Research on Electricity“, das Schritt für Schritt den Schaffensweg eines Genies widerspiegelt.
1820 stellte Faraday ein grundlegend neues Problem: „Magnetismus in Elektrizität umzuwandeln“. Das war kurz nach der Entdeckung der magnetischen Wirkung von Strömen. In Oersteds Experiment wirkt ein elektrischer Strom auf einen Magneten. Da nach Faraday alle Naturkräfte ineinander umwandelbar sind, ist es im Gegenteil möglich, einen elektrischen Strom durch magnetische Kraft anzuregen.
Faraday verflüssigt Gase, macht feinchemische Analysen, entdeckt neue chemische Eigenschaften von Stoffen. Aber sein Geist ist unermüdlich mit dem gestellten Problem beschäftigt. 1822 beschreibt er einen Versuch, einen „Zustand“ durch Stromfluss zu erkennen: „einen Lichtstrahl einer Lampe durch Reflexion zu polarisieren und zu versuchen herauszufinden, ob Wasser sich zwischen den Polen einer Voltbatterie in einem Glasgefäß befindet wirken depolarisierend ...“ Faraday erhoffte sich dadurch einige Informationen über die Eigenschaften des Stroms. Aber die Erfahrung gab nichts. Als nächstes kommt 1825. Faraday veröffentlicht den Artikel "Elektromagnetischer Strom (unter dem Einfluss eines Magneten)", in dem er den folgenden Gedanken äußert. Wirkt der Strom auf den Magneten, so muss dieser eine Reaktion erfahren. „Aus verschiedenen Gründen“, schreibt Faraday, „wurde angenommen, dass die Annäherung des Pols eines starken Magneten den elektrischen Strom verringern würde.“ Und er beschreibt eine Erfahrung, die diese Idee verwirklicht.
Ein Tagebuch vom 28. November 1825 beschreibt ein ähnliches Erlebnis. Die Batterie aus galvanischen Zellen wurde durch einen Draht verbunden. Parallel zu diesem Draht war ein weiterer (die Drähte waren durch eine doppelte Papierschicht getrennt), dessen Enden mit einem Galvanometer verbunden waren. Faraday schien so zu argumentieren. Wenn der Strom die Bewegung einer elektrischen Flüssigkeit ist und diese Bewegung auf einen Permanentmagneten wirkt - eine Reihe von Strömen (gemäß der Hypothese von Ampère), dann sollte die sich bewegende Flüssigkeit in einem Leiter die bewegungslose im anderen und das Galvanometer bewegen sollte den Strom fixieren. Die „verschiedenen Überlegungen“, die Faraday bei der Vorstellung des ersten Experiments anführte, liefen auf dasselbe hinaus, nur dass dort die Reaktion einer sich in einem Leiter bewegenden elektrischen Flüssigkeit auf die Molekularströme eines Permanentmagneten erwartet wurde. Aber die Experimente ergaben ein negatives Ergebnis.
Die Lösung kam 1831, als Faraday vorschlug, dass die Induktion mit einem nicht stationären Prozess erfolgen sollte. Dies war die Schlüsselidee, die zur Entdeckung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion führte.
Es ist möglich, dass ihn eine aus Amerika erhaltene Nachricht zwang, sich der Idee zuzuwenden, den Strom zu ändern. Die Nachricht kam vom amerikanischen Physiker Joseph Henry (1797 - 1878).
In seiner Jugend zeigte Henry weder außergewöhnliche Fähigkeiten noch Interesse an der Wissenschaft. Er wuchs in Armut auf, war Knecht, Schauspieler. Genau wie Faraday bildet er sich selbst weiter. Er begann sein Studium im Alter von 16 Jahren an der Albany Academy. In sieben Monaten eignete er sich so viel Wissen an, dass er eine Stelle als Lehrer an einer ländlichen Schule bekam. Anschließend arbeitete Henry bei Chemieprofessor Beck als Vorlesungsassistent. Er verband die Arbeit mit dem Studium an der Akademie. Nach Abschluss des Kurses wurde Henry zum Ingenieur und Inspektor des Erie-Kanals ernannt. Einige Monate später verließ er diese lukrative Position und nahm eine Einladung zum Professor für Mathematik und Physik in Albany an. Zu dieser Zeit berichtete der englische Erfinder William Sturgeon (1783 - 1850) über seine Erfindung eines Hufeisenmagneten, der einen bis zu vier Kilogramm schweren Stahlkörper anheben kann.
Henry interessierte sich für Elektromagnetismus. Er fand sofort einen Weg, den Auftrieb auf eine Tonne zu erhöhen. Dies wurde damals durch eine neue Technik erreicht: Statt den Magnetkörper zu isolieren, wurde der Draht isoliert. Es wurde ein Weg entdeckt, mehrschichtige Wicklungen zu erzeugen. Bereits 1831 zeigte Henry die Möglichkeit, einen Elektromotor zu bauen, erfand ein elektromagnetisches Relais und demonstrierte mit seiner Hilfe die Übertragung elektrischer Signale über eine Entfernung, was Morses Erfindung vorwegnahm (Morses Telegraph erschien 1837).
Wie Faraday stellte sich Henry die Aufgabe, mit einem Magneten elektrischen Strom zu gewinnen. Aber das war die Problemstellung des Erfinders. Und die Suche wurde von reiner Intuition geleitet. Die Entdeckung fand einige Jahre vor Faradays Experimenten statt. Die Umgebung von Henrys Schlüsselexperiment ist in Abbildung 9 dargestellt. Hier ist alles so, wie es bisher gezeigt wurde. Nur ziehen wir einen bequemeren Akkumulator einer galvanischen Zelle vor und verwenden statt Torsionswaagen ein Galvanometer.
Aber Henry erzählte niemandem von dieser Erfahrung. „Ich hätte das früher drucken sollen“, sagte er zerknirscht zu seinen Freunden, „aber ich hatte so wenig Zeit! Ich wollte die Ergebnisse in eine Art System einbringen.“(Hervorhebung von mir.- BEIM. D.). Und der Mangel an regelmäßiger Bildung und mehr noch - der utilitaristisch-erfinderische Geist der amerikanischen Wissenschaft spielte eine schlechte Rolle. Henry verstand natürlich nicht und fühlte die Tiefe und Bedeutung der neuen Entdeckung nicht. Andernfalls hätte er natürlich die wissenschaftliche Welt über die größte Tatsache informiert. Henry schwieg über die Induktionsexperimente und schickte sofort eine Nachricht, als es ihm gelang, eine ganze Tonne mit einem Elektromagneten zu heben.
Dies ist die Nachricht, die Faraday erhalten hat. Vielleicht diente es als letztes Glied in der Kette von Schlussfolgerungen, die zur Schlüsselidee führten. Im Experiment von 1825 wurden zwei Drähte mit Papier getrennt. Es hätte eine Induktion geben müssen, die aber aufgrund der Wirkungsschwäche nicht erkannt wurde. Henry zeigte, dass bei einem Elektromagneten die Wirkung durch die Verwendung einer Mehrschichtwicklung stark verstärkt wird. Daher muss die Induktion zunehmen, wenn die induktive Wirkung über eine große Länge übertragen wird. Tatsächlich ist ein Magnet eine Ansammlung von Strömen. Die Erregung der Magnetisierung in einem Stahlstab, wenn ein Strom durch die Wicklung geleitet wird, ist die Induktion des Stroms durch den Strom. Sie nimmt zu, wenn der Weg des Stroms durch die Wicklung länger wird.
Dies ist die mögliche Kette von Faradays logischen Schlussfolgerungen. Hier ist eine vollständige Beschreibung der ersten erfolgreichen Erfahrung: „Zweihundertdrei Fuß Kupferdraht in einem Stück wurden auf eine große Holztrommel gewickelt; weitere 203 Fuß desselben Drahtes wurden in einer Spirale zwischen die Windungen der ersten Windung gelegt, wobei der metallische Kontakt überall mittels einer Schnur entfernt wurde. Eine dieser Spulen war mit einem Galvanometer verbunden, die andere mit einer gut geladenen Batterie aus einhundert Paaren von vier Zoll großen quadratischen Platten mit doppelten Kupferplatten. Wenn der Kontakt geschlossen wurde, gab es eine plötzliche, aber sehr schwache Wirkung auf das Galvanometer, und eine ähnlich schwache Wirkung fand statt, als der Kontakt mit der Batterie geöffnet wurde.
Dies war die erste Erfahrung, die nach einem Jahrzehnt der Suche zu einem positiven Ergebnis führte. Faraday stellt fest, dass beim Schließen und Öffnen gegensinnige Induktionsströme entstehen. Anschließend untersucht er die Wirkung von Eisen auf die Induktion.
„Aus Rundeisen, Weicheisen, wurde ein Ring geschweißt; Die Dicke des Metalls betrug sieben oder acht Zoll, und der Außendurchmesser des Rings betrug sechs Zoll. Auf einem Teil dieses Rings waren drei Spulen gewickelt, von denen jede ungefähr 24 Fuß Kupferdraht mit einer Dicke von einem Zwanzigstel Zoll enthielt. Spiralen wurden aus Eisen und voneinander isoliert und übereinander gelegt ... Sie konnten einzeln und in Kombination verwendet werden; diese Gruppe ist beschriftet SONDERN(Abb. 10). Auf der anderen Seite des Rings wurden etwa sechzig Fuß des gleichen Kupferdrahts auf die gleiche Weise in zwei Stücke gewickelt, die eine Spirale bildeten. BEIM, die die gleiche Richtung wie die Spiralen hatten SONDERN, aber war von ihnen an jedem Ende für ungefähr einen halben Zoll durch blankes Eisen getrennt.
Spiral BEIM durch Kupferdrähte mit einem Galvanometer verbunden, das in einem Abstand von drei Fuß vom Ring aufgestellt ist. Getrennte Spiralen SONDERN Ende an Ende verbunden, um eine gemeinsame Spirale zu bilden, deren Enden mit einer Batterie von zehn Plattenpaaren von vier Quadratzoll verbunden waren. Das Galvanometer reagierte sofort und viel stärker als oben beobachtet, wenn eine zehnmal stärkere Spirale ohne Eisen verwendet wurde.
Schließlich macht Faraday ein Experiment, mit dem die Darstellung der Frage der elektromagnetischen Induktion noch gewöhnlich begonnen wird. Dies war eine exakte Wiederholung von Henrys Erfahrung, die in Abbildung 9 dargestellt ist.
Das von Faraday 1820 gestellte Problem war gelöst: Magnetismus wurde in Elektrizität umgewandelt.
Zunächst unterscheidet Faraday die Induktion von Strom von Strom (er nennt sie „voltaelektrische Induktion“ und Strom von einem Magneten („magnetoelektrische Induktion“). Aber dann zeigt er, dass alle Fälle einem allgemeinen Muster unterliegen.
Das Gesetz der elektromagnetischen Induktion umfasste eine andere Gruppe von Phänomenen, die später den Namen Selbstinduktionsphänomene erhielten. Faraday nannte das neue Phänomen wie folgt: "Die induktive Wirkung eines elektrischen Stroms auf sich selbst."
Diese Frage stellte sich im Zusammenhang mit der folgenden Tatsache, die Faraday 1834 von Jenkin mitgeteilt wurde. Diese Tatsache war wie folgt. Zwei Platten einer galvanischen Batterie sind durch einen kurzen Draht verbunden. Gleichzeitig kann der Experimentator durch keine Tricks einen Stromschlag von diesem Draht bekommen. Aber wenn wir die Wicklung eines Elektromagneten anstelle eines Drahtes nehmen, dann ist jedes Mal, wenn der Stromkreis geöffnet wird, ein Schock zu spüren. Faraday schrieb: „Gleichzeitig wird noch etwas anderes beobachtet, ein den Wissenschaftlern seit langem bekanntes Phänomen, nämlich: an der Trennstelle springt ein heller elektrischer Funke über“ (meine Kursivschrift – V. D.).
Faraday begann, diese Tatsachen zu untersuchen, und entdeckte bald eine Reihe neuer Aspekte des Phänomens. Er brauchte ein wenig Zeit, um „die Identität der Phänomene mit den Induktionsphänomenen“ festzustellen. Experimente, die immer noch sowohl in der Sekundar- als auch in der Hochschulbildung demonstriert werden, um das Phänomen der Selbstinduktion zu erklären, wurden 1834 von Faraday ins Leben gerufen.
Unabhängig davon wurden ähnliche Experimente von J. Henry durchgeführt, die jedoch ebenso wie Experimente zur Induktion nicht rechtzeitig veröffentlicht wurden. Der Grund ist derselbe: Henry hat kein physikalisches Konzept gefunden, das Phänomene verschiedener Formen umfasst.
Für Faraday war die Selbstinduktion eine Tatsache, die den weiteren Suchweg erhellte. Beobachtungen zusammenfassend, kommt er zu Schlussfolgerungen von großer grundlegender Bedeutung. „Es besteht kein Zweifel, dass der Strom in einem Teil des Drahtes durch Induktion auf andere Teile desselben Drahtes in der Nähe wirken kann ... Dies erweckt den Eindruck, dass der Strom auf sich selbst wirkt.“
Ohne die Natur des Stroms zu kennen, weist Faraday dennoch treffend auf das Wesen der Sache hin: „Wenn der Strom durch Induktion mit einer mitbefindlichen leitenden Substanz einwirkt, dann wirkt er wahrscheinlich auf die in dieser leitenden Substanz vorhandene Elektrizität - es spielt keine Rolle, ob letztere unter Strom steht oder bewegungslos ist; im ersten Fall verstärkt oder schwächt es die Strömung, im zweiten erzeugt es je nach Richtung eine Strömung.
Der mathematische Ausdruck des Gesetzes der elektromagnetischen Induktion wurde 1873 von Maxwell in seiner Abhandlung über Elektrizität und Magnetismus gegeben. Erst danach wurde es zur Grundlage quantitativer Berechnungen. Das Gesetz der elektromagnetischen Induktion sollte also das Faraday-Maxwell-Gesetz genannt werden.
Methodische Bemerkungen. Es ist bekannt, dass die Erregung eines induktiven Stroms in einem sich in einem konstanten Magnetfeld bewegenden Leiter und in einem ruhenden Leiter, der sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet, demselben Gesetz gehorcht. Für Faraday und Maxwell war dies offensichtlich, da sie sich die magnetischen Induktionslinien als reale Formationen im Äther vorstellten. Wenn der Strom ein- und ausgeschaltet wird oder sich die Stromstärke um die Leiter herum ändert, aus denen der Stromkreis besteht, bewegen sich die magnetischen Induktionslinien. Gleichzeitig kreuzen sie den Stromkreis selbst und verursachen das Phänomen der Selbstinduktion. Wenn sich in der Nähe des Stromkreises ein Leiter mit wechselndem Strom befindet, erregen die ihn kreuzenden magnetischen Induktionslinien die EMF der elektromagnetischen Induktion.
Die Materialisierung der Kraftlinien des elektrischen Feldes und der magnetischen Induktionslinien sind Eigentum der Geschichte geworden. Es wäre jedoch ein Fehler, den Kraftlinien nur einen formalen Charakter zu geben. Die moderne Physik geht davon aus, dass die Kraftlinie des elektrischen Feldes und die Linie der magnetischen Induktion die Orte von Punkten sind, an denen das gegebene Feld einen anderen Zustand als an anderen Punkten hat. Dieser Zustand wird durch die Werte der Vektoren und bestimmt an diesen Stellen. Wenn sich das Feld ändert, werden die Vektoren und ändern, ändert sich dementsprechend die Konfiguration der Kraftlinien. Der Zustand des Feldes kann sich mit Lichtgeschwindigkeit im Raum bewegen. Befindet sich der Leiter in einem Feld, dessen Zustand sich ändert, wird im Leiter eine EMF angeregt.

Der Fall, dass das Feld konstant ist und sich der Leiter in diesem Feld bewegt, wird durch Maxwells Theorie nicht beschrieben. Einstein bemerkte dies zuerst. Sein wegweisendes Werk „On the Electrodynamics of Moving Bodies“ beginnt erst mit einer Diskussion der Unzulänglichkeit von Maxwells Theorie an dieser Stelle. Das Phänomen der EMF-Anregung in einem Leiter, der sich in einem konstanten Magnetfeld bewegt, kann in den Rahmen der elektromagnetischen Feldtheorie aufgenommen werden, wenn es um das Relativitätsprinzip und das Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit ergänzt wird.

Nach den Entdeckungen von Oersted und Ampère wurde klar, dass Elektrizität eine magnetische Kraft hat. Nun galt es, den Einfluss magnetischer Phänomene auf elektrische zu bestätigen. Dieses Problem wurde von Faraday brillant gelöst.

Michael Faraday (1791-1867) wurde in London geboren, einem der ärmsten Stadtteile. Sein Vater war Schmied und seine Mutter die Tochter eines Pachtbauern. Als Faraday das schulpflichtige Alter erreichte, wurde er auf die Grundschule geschickt. Der Kurs, den Faraday hier einnahm, war sehr eng und beschränkte sich nur darauf, Lesen, Schreiben und den Beginn des Zählens zu lehren.

Ein paar Schritte von dem Haus entfernt, in dem die Familie Faraday lebte, gab es eine Buchhandlung, die auch eine Buchbinderei war. Hierhin geriet Faraday nach Abschluss der Grundschulzeit, als sich die Frage nach der Berufswahl für ihn stellte. Michael war damals erst 13 Jahre alt. Schon in seiner Jugend, als Faraday gerade mit seiner Selbsterziehung begonnen hatte, strebte er danach, sich ausschließlich auf Fakten zu verlassen und die Berichte anderer mit seinen eigenen Erfahrungen zu verifizieren.

Diese Bestrebungen beherrschten ihn sein ganzes Leben lang als Hauptmerkmale seiner wissenschaftlichen Tätigkeit.Faraday begann schon als Knabe bei der ersten Bekanntschaft mit Physik und Chemie mit physikalischen und chemischen Experimenten. Einmal besuchte Michael eine der Vorlesungen von Humphrey Davy, dem großen englischen Physiker.

Faraday machte sich eine ausführliche Notiz über den Vortrag, band ihn und schickte ihn an Davy. Er war so beeindruckt, dass er Faraday anbot, mit ihm als Sekretär zu arbeiten. Bald ging Davy auf eine Reise nach Europa und nahm Faraday mit. Zwei Jahre lang besuchten sie die größten europäischen Universitäten.

Nach seiner Rückkehr nach London im Jahr 1815 begann Faraday als Assistent in einem der Laboratorien der Royal Institution in London zu arbeiten. Es war damals eines der besten physikalischen Laboratorien der Welt.Von 1816 bis 1818 veröffentlichte Faraday eine Reihe kleiner Notizen und kleiner Memoiren zur Chemie. Faradays erste physikalische Arbeit stammt aus dem Jahr 1818.

Basierend auf den Erfahrungen seiner Vorgänger und der Kombination mehrerer seiner eigenen Erfahrungen hatte Michael bis September 1821 die "Erfolgsgeschichte des Elektromagnetismus" gedruckt. Schon damals hat er sich eine völlig korrekte Vorstellung vom Wesen des Phänomens der Auslenkung einer Magnetnadel unter Stromeinwirkung gemacht.

Nach diesem Erfolg unterbrach Faraday sein Studium auf dem Gebiet der Elektrizität für zehn Jahre und widmete sich dem Studium einer Reihe von Themen anderer Art. 1823 machte Faraday eine der wichtigsten Entdeckungen auf dem Gebiet der Physik – er erreichte erstmals die Verflüssigung eines Gases und etablierte gleichzeitig eine einfache, aber gültige Methode, um Gase in eine Flüssigkeit umzuwandeln. 1824 machte Faraday mehrere Entdeckungen auf dem Gebiet der Physik.

Er stellte unter anderem fest, dass Licht die Farbe von Glas beeinflusst und diese verändert. Im folgenden Jahr wendet sich Faraday erneut von der Physik der Chemie zu, und das Ergebnis seiner Arbeiten auf diesem Gebiet ist die Entdeckung von Benzin und schwefelhaltiger Naphthalinsäure.

1831 veröffentlichte Faraday eine Abhandlung über eine besondere Art der optischen Täuschung, die als Grundlage für ein schönes und merkwürdiges optisches Projektil namens "Chromotrop" diente. Im selben Jahr wurde eine weitere Abhandlung des Wissenschaftlers „Über vibrierende Platten“ veröffentlicht. Viele dieser Werke könnten den Namen ihres Autors verewigen. Aber die wichtigsten von Faradays wissenschaftlichen Arbeiten sind seine Forschungen auf dem Gebiet des Elektromagnetismus und der elektrischen Induktion.

Genau genommen wurde das wichtige Teilgebiet der Physik, das die Phänomene des Elektromagnetismus und der induktiven Elektrizität behandelt und für die Technik heute von so großer Bedeutung ist, von Faraday aus dem Nichts geschaffen.

Als Faraday sich schließlich der Forschung auf dem Gebiet der Elektrizität widmete, wurde festgestellt, dass unter normalen Bedingungen die Anwesenheit eines elektrifizierten Körpers ausreicht, um durch seinen Einfluss Elektrizität in jedem anderen Körper anzuregen. Gleichzeitig war bekannt, dass der Draht, durch den der Strom fließt und der auch ein elektrifizierter Körper ist, keine Wirkung auf andere Drähte in der Nähe hat.

Was hat diese Ausnahme verursacht? Das ist die Frage, die Faraday interessierte und deren Lösung ihn zu den wichtigsten Entdeckungen auf dem Gebiet der Induktionselektrizität führte. Wie üblich begann Faraday mit einer Reihe von Experimenten, die den Kern der Sache klären sollten.

Faraday wickelte zwei isolierte Drähte parallel zueinander auf dasselbe hölzerne Nudelholz. Er verband die Enden eines Drahtes mit einer Batterie aus zehn Elementen und die Enden des anderen mit einem empfindlichen Galvanometer. Wenn der Strom durch den ersten Draht geleitet wurde,

Faraday richtete seine ganze Aufmerksamkeit auf das Galvanometer und erwartete, an seinen Schwingungen auch das Auftreten eines Stroms im zweiten Draht zu bemerken. Aber nichts dergleichen: Das Galvanometer blieb ruhig. Faraday beschloss, den Strom zu erhöhen und fügte 120 galvanische Zellen in den Stromkreis ein. Das Ergebnis ist das gleiche. Faraday wiederholte dieses Experiment dutzende Male, alle mit dem gleichen Erfolg.

Jeder andere an seiner Stelle hätte das Experiment verlassen, in der Überzeugung, dass der Strom, der durch den Draht fließt, keine Auswirkung auf den benachbarten Draht hat. Aber Faraday versuchte immer, aus seinen Experimenten und Beobachtungen alles zu extrahieren, was sie geben konnten, und deshalb begann er, nachdem er keine direkte Wirkung auf den mit dem Galvanometer verbundenen Draht erhalten hatte, nach Nebenwirkungen zu suchen.

Er bemerkte sofort, dass das Galvanometer, das während des ganzen Stromdurchgangs völlig ruhig blieb, gleich beim Schließen des Stromkreises und bei seinem Öffnen zu oszillieren begann, auch der zweite Draht wird durch einen Strom erregt, der im ersten Fall die hat entgegengesetzte Richtung zum ersten Strom und ist mit ihm im zweiten Fall gleich und dauert nur einen Augenblick.

Diese sekundären Momentanströme, die durch den Einfluss primärer verursacht werden, wurden von Faraday induktiv genannt, und dieser Name ist ihnen bis heute erhalten geblieben. Induktive Ströme, die augenblicklich sind und nach ihrem Erscheinen sofort verschwinden, hätten keine praktische Bedeutung, wenn Faraday nicht mit Hilfe einer ausgeklügelten Vorrichtung (Kommutator) einen Weg gefunden hätte, den von der Batterie kommenden Primärstrom ständig zu unterbrechen und wieder durch die zu leiten ersten Draht, wodurch der zweite Draht ständig durch immer mehr induktive Ströme angeregt wird und somit konstant wird. So wurde neben den bisher bekannten (Reibung und chemische Prozesse) - Induktion - eine neue Quelle elektrischer Energie gefunden, und eine neue Art dieser Energie - Induktionselektrizität.

Faraday setzte seine Experimente fort und entdeckte weiter, dass eine einfache Annäherung eines zu einer geschlossenen Kurve verdrillten Drahtes an einen anderen, entlang dem ein galvanischer Strom fließt, ausreicht, um einen induktiven Strom in der dem galvanischen Strom entgegengesetzten Richtung in einem Neutralleiter zu erregen, d.h das Entfernen eines Neutralleiters wieder einen induktiven Strom in ihm erregt, der Strom bereits in der gleichen Richtung ist wie der galvanische Strom, der entlang eines festen Drahtes fließt, und dass diese induktiven Ströme schließlich nur beim Annähern und Entfernen des Neutralleiters angeregt werden Draht zum Leiter des galvanischen Stroms, und ohne diese Bewegung werden die Ströme nicht angeregt, egal wie nahe die Drähte beieinander liegen .

Somit wurde ein neues Phänomen entdeckt, ähnlich dem oben beschriebenen Phänomen der Induktion während des Schließens und Beendens des galvanischen Stroms. Diese Entdeckungen wiederum führten zu neuen. Wenn es möglich ist, durch Schließen und Stoppen des galvanischen Stroms einen induktiven Strom zu erzeugen, würde dann nicht das gleiche Ergebnis bei der Magnetisierung und Entmagnetisierung von Eisen erzielt werden?

Die Arbeit von Oersted und Ampère hatte bereits die Beziehung zwischen Magnetismus und Elektrizität hergestellt. Es war bekannt, dass Eisen zu einem Magneten wurde, wenn ein isolierter Draht darum gewickelt wurde und ein galvanischer Strom hindurchfloss, und dass die magnetischen Eigenschaften dieses Eisens aufhörten, sobald der Strom aufhörte.

Darauf basierend entwickelte Faraday diese Art von Experiment: Zwei isolierte Drähte wurden um einen Eisenring gewickelt; Außerdem wurde ein Draht um eine Hälfte des Rings gewickelt und der andere um die andere. Ein Strom von einer galvanischen Batterie wurde durch einen Draht geleitet, und die Enden des anderen wurden mit einem Galvanometer verbunden. Wenn also der Strom geschlossen oder gestoppt wurde und folglich der Eisenring magnetisiert oder entmagnetisiert wurde, oszillierte die Galvanometernadel schnell und hörte dann schnell auf, dh alle gleichen augenblicklichen induktiven Ströme wurden im Neutralleiter erregt - dies Zeit: bereits unter dem Einfluss von Magnetismus.

Hier wurde also erstmals Magnetismus in Strom umgewandelt. Nachdem Faraday diese Ergebnisse erhalten hatte, beschloss er, seine Experimente zu diversifizieren. Anstelle eines Eisenrings begann er, ein Eisenband zu verwenden. Anstatt Magnetismus in Eisen mit galvanischem Strom anzuregen, magnetisierte er das Eisen, indem er es mit einem Dauermagneten aus Stahl in Berührung brachte. Das Ergebnis war das gleiche: in dem um das Eisen gewickelten Draht, immer! Der Strom wurde im Moment der Magnetisierung und Entmagnetisierung von Eisen angeregt.

Dann führte Faraday einen Stahlmagneten in die Drahtspirale ein – dessen Annäherung und Entfernung verursachte Induktionsströme im Draht. Mit einem Wort, der Magnetismus im Sinne der Erregung induktiver Ströme wirkte genau so wie der galvanische Strom.

Damals beschäftigten sich die Physiker intensiv mit einem mysteriösen Phänomen, das 1824 von Arago entdeckt wurde, und fanden trotzdem keine Erklärung; dass diese Erklärung von so bedeutenden Wissenschaftlern der Zeit wie Arago selbst, Ampère, Poisson, Babaj und Herschel intensiv gesucht wurde.

Die Sache war folgende. Eine frei hängende Magnetnadel kommt schnell zum Stillstand, wenn man einen Kreis aus nicht magnetischem Metall darunter bringt; wird der Kreis dann in Drehbewegung versetzt, beginnt die Magnetnadel ihm zu folgen.

In einem ruhigen Zustand war es unmöglich, die geringste Anziehung oder Abstoßung zwischen dem Kreis und dem Pfeil zu entdecken, während derselbe Kreis, der sich bewegte, nicht nur einen leichten Pfeil, sondern auch einen schweren Magneten hinter sich herzog. Dieses wahrhaft wundersame Phänomen erschien den damaligen Wissenschaftlern als ein mysteriöses Rätsel, etwas jenseits des Natürlichen.

Faraday ging auf der Grundlage seiner obigen Daten davon aus, dass ein Kreis aus nichtmagnetischem Metall unter dem Einfluss eines Magneten während der Rotation durch induktive Ströme umgewälzt wird, die auf die Magnetnadel einwirken und sie hinter den Magneten ziehen.

Indem er den Rand des Kreises zwischen die Pole eines großen hufeisenförmigen Magneten einführte und die Mitte und den Rand des Kreises mit einem Galvanometer mit einem Draht verband, erhielt Faraday während der Drehung des Kreises einen konstanten elektrischen Strom.

Im Anschluss daran entschied sich Faraday für ein anderes Phänomen, das damals allgemeine Neugier hervorrief. Wie Sie wissen, werden Eisenspäne, wenn sie auf einen Magneten gestreut werden, entlang bestimmter Linien gruppiert, die Magnetkurven genannt werden. Faraday, der auf dieses Phänomen aufmerksam machte, gab 1831 den Grundlagen für magnetische Kurven den Namen "magnetische Kraftlinien", die dann allgemein verwendet wurden.

Die Untersuchung dieser "Linien" führte Faraday zu einer neuen Entdeckung, es stellte sich heraus, dass für die Anregung induktiver Ströme die Annäherung und Entfernung der Quelle vom Magnetpol nicht erforderlich ist. Um Ströme anzuregen, genügt es, die magnetischen Kraftlinien auf bekannte Weise zu kreuzen.

Weitere Werke Faradays in der genannten Richtung erhielten aus heutiger Sicht den Charakter von etwas ganz Wunderbarem. Anfang 1832 demonstrierte er einen Apparat, in dem induktive Ströme ohne Zuhilfenahme eines Magneten oder galvanischen Stroms angeregt wurden.

Das Gerät bestand aus einem Eisenstreifen, der in eine Drahtspule gelegt wurde. Dieses Gerät gab unter gewöhnlichen Bedingungen nicht das geringste Anzeichen für das Auftreten von Strömen darin; aber sobald ihm eine Richtung gegeben wurde, die der Richtung der Magnetnadel entsprach, wurde im Draht ein Strom erregt.

Dann gab Faraday einer Spule die Position der Magnetnadel und führte dann einen Eisenstreifen hinein: der Strom wurde wieder angeregt. Der Grund, der den Strom in diesen Fällen verursachte, war Erdmagnetismus, der induktive Ströme wie ein gewöhnlicher Magnet oder galvanischer Strom verursachte. Um dies deutlicher zu zeigen und zu beweisen, unternahm Faraday ein weiteres Experiment, das seine Ideen voll bestätigte.

Er argumentierte, dass, wenn ein Kreis aus nichtmagnetischem Metall, zum Beispiel Kupfer, der sich in einer Position dreht, in der er die magnetischen Kraftlinien eines benachbarten Magneten schneidet, einen induktiven Strom liefert, dann derselbe Kreis, der sich in Abwesenheit dreht ein Magnet, aber in einer Position, in der der Kreis die Linien des Erdmagnetismus kreuzt, muss auch einen induktiven Strom liefern.

Und tatsächlich gab ein in einer horizontalen Ebene gedrehter Kupferkreis einen induktiven Strom, der eine merkliche Abweichung der Galvanometernadel hervorrief. Faraday schloss eine Reihe von Studien auf dem Gebiet der elektrischen Induktion mit der 1835 gemachten Entdeckung der „induktiven Wirkung des Stroms auf sich selbst“ ab.

Er fand heraus, dass beim Schließen oder Öffnen eines galvanischen Stroms im Draht selbst, der als Leiter für diesen Strom dient, augenblickliche induktive Ströme angeregt werden.

Der russische Physiker Emil Christoforovich Lenz (1804-1861) gab eine Regel zur Bestimmung der Richtung des induzierten Stroms an. „Der Induktionsstrom ist immer so gerichtet, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld die Bewegung, die die Induktion verursacht, behindert oder verlangsamt“, bemerkt A.A. Korobko-Stefanov in seinem Artikel über elektromagnetische Induktion. - Wenn sich beispielsweise die Spule dem Magneten nähert, hat der resultierende induktive Strom eine solche Richtung, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld dem Magnetfeld des Magneten entgegengesetzt ist. Dadurch entstehen zwischen Spule und Magnet abstoßende Kräfte.

Die Lenzsche Regel folgt aus dem Energieerhaltungs- und -umwandlungsgesetz. Würden Induktionsströme die Bewegung beschleunigen, die sie verursacht, dann würde aus dem Nichts Arbeit entstehen. Die Spule selbst würde nach einem kleinen Stoß auf den Magneten zueilen, und gleichzeitig würde der Induktionsstrom darin Wärme freisetzen. In Wirklichkeit entsteht der Induktionsstrom dadurch, dass Magnet und Spule näher zusammengebracht werden.

Warum gibt es einen Induktionsstrom? Eine tiefgreifende Erklärung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion lieferte der englische Physiker James Clerk Maxwell, der Schöpfer einer vollständigen mathematischen Theorie des elektromagnetischen Feldes.

Um die Essenz der Sache besser zu verstehen, betrachten Sie ein sehr einfaches Experiment. Die Spule bestehe aus einer Drahtwindung und werde von einem magnetischen Wechselfeld senkrecht zur Ebene der Windung durchbohrt. In der Spule fließt natürlich ein Induktionsstrom. Maxwell interpretierte dieses Experiment mit außergewöhnlichem Mut und Unerwartetheit.

Wenn sich das Magnetfeld im Raum ändert, entsteht nach Maxwell ein Vorgang, für den das Vorhandensein einer Drahtspule keine Rolle spielt. Die Hauptsache ist hier das Auftreten geschlossener Ringlinien des elektrischen Feldes, die das sich ändernde Magnetfeld überdecken. Unter der Wirkung des entstehenden elektrischen Feldes beginnen sich Elektronen zu bewegen und in der Spule entsteht ein elektrischer Strom. Eine Spule ist nur ein Gerät, mit dem Sie ein elektrisches Feld erkennen können.

Das Wesen des Phänomens der elektromagnetischen Induktion besteht darin, dass ein magnetisches Wechselfeld im umgebenden Raum immer ein elektrisches Feld mit geschlossenen Kraftlinien erzeugt. Ein solches Feld nennt man Wirbelfeld.

Die Forschung auf dem Gebiet der durch Erdmagnetismus erzeugten Induktion gab Faraday die Möglichkeit, bereits 1832 die Idee eines Telegrafen zum Ausdruck zu bringen, die dann die Grundlage dieser Erfindung bildete. Im Allgemeinen wird die Entdeckung der elektromagnetischen Induktion nicht ohne Grund den herausragendsten Entdeckungen des 19. Jahrhunderts zugeschrieben - die Arbeit von Millionen von Elektromotoren und Stromgeneratoren auf der ganzen Welt basiert auf diesem Phänomen ...

Informationsquelle: Samin D. K. „Hundert große wissenschaftliche Entdeckungen“, M.: „Veche“, 2002.

Die Geschichte der Entdeckung der elektromagnetischen Induktion. Die Entdeckungen von Hans Christian Oersted und André Marie Ampère zeigten, dass Elektrizität eine magnetische Kraft hat. Der Einfluss magnetischer Phänomene auf elektrische Phänomene wurde von Michael Faraday entdeckt. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () „Verwandle Magnetismus in Elektrizität“, schrieb er 1822 in sein Tagebuch. Englischer Physiker, Begründer der Theorie des elektromagnetischen Feldes, ausländisches Ehrenmitglied der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften (1830).

Versuchsbeschreibung von Michael Faraday Zwei Kupferdrähte werden auf einen Holzklotz gewickelt. Einer der Drähte war mit einem Galvanometer verbunden, der andere mit einer starken Batterie. Als der Stromkreis geschlossen wurde, wurde eine plötzliche, aber äußerst schwache Wirkung auf dem Galvanometer beobachtet, und die gleiche Wirkung wurde bemerkt, als der Strom unterbrochen wurde. Beim kontinuierlichen Stromdurchgang durch eine der Spiralen konnten keine Abweichungen der Galvanometernadel festgestellt werden

Beschreibung der Experimente von Michael Faraday Ein weiteres Experiment bestand darin, Stromstöße an den Enden einer Spule zu registrieren, in deren Inneren ein Permanentmagnet eingesetzt war. Faraday nannte solche Ausbrüche "Elektrizitätswellen".

EMK der Induktion Die EMK der Induktion, die Stromstöße ("Elektrizitätswellen") verursacht, hängt nicht von der Größe des magnetischen Flusses ab, sondern von der Geschwindigkeit seiner Änderung.

1. Bestimmen Sie die Richtung der Induktionslinien des äußeren Feldes B (sie verlassen N und treten in S ein). 2. Bestimmen Sie, ob der magnetische Fluss durch den Kreis zunimmt oder abnimmt (wenn der Magnet in den Ring gedrückt wird, dann Ф> 0, wenn er herausgezogen wird, dann Ф 0, wenn er herausgezogen wird, dann Ф 0, wenn er ausgezogen, dann Ä 0, wenn ausgezogen, dann Ä 0, wenn ausgezogen, dann Ä
3. Bestimmen Sie die Richtung der Induktionslinien des durch den Induktionsstrom erzeugten Magnetfelds B (wenn F > 0, dann sind die Linien B und B in entgegengesetzte Richtungen gerichtet; wenn F 0, dann sind die Linien B und B hinein gerichtet). entgegengesetzte Richtungen; wenn F 0, dann sind die Linien B und B in entgegengesetzte Richtungen gerichtet; wenn Ä 0, dann sind die Linien B und B in entgegengesetzte Richtungen gerichtet; wenn Ä 0, dann sind die Linien B und B in entgegengesetzte Richtungen gerichtet; wenn Ф

Aufgaben Formulieren Sie das Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Wer ist der Begründer dieses Gesetzes? Was ist induzierter Strom und wie bestimmt man seine Richtung? Was bestimmt die Größe der Induktions-EMK? Das Funktionsprinzip welcher elektrischen Geräte basiert auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion?

Elektromagnetische Induktion- das Phänomen des Auftretens eines elektrischen Stroms in einem geschlossenen Stromkreis mit einer Änderung des durch ihn fließenden Magnetflusses. Die elektromagnetische Induktion wurde am 29. August 1831 von Michael Faraday entdeckt. Er entdeckte, dass die elektromotorische Kraft (EMK), die in einem geschlossenen Stromkreis auftritt, proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die von diesem Stromkreis begrenzte Oberfläche ist. Die Größe der elektromotorischen Kraft hängt nicht davon ab, was die Änderung des Flusses verursacht - eine Änderung des Magnetfelds selbst oder die Bewegung eines Stromkreises (oder eines Teils davon) in einem Magnetfeld. Der durch diese EMF verursachte elektrische Strom wird als Induktionsstrom bezeichnet.

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  Nach dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion (in SI):

  E = − d Φ B d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi _(B)) \over dt))- entlang einer willkürlich gewählten Kontur wirkende elektromotorische Kraft, = ∬ S. B. → ⋅ d S. → , (\displaystyle =\iint \limits _(S)(\vec (B))\cdot d(\vec (S)))- magnetischer Fluss durch die von dieser Kontur begrenzte Oberfläche.

  Das Minuszeichen in der Formel spiegelt wider Lenzsche Regel, benannt nach dem russischen Physiker E. Kh. Lenz:

  Der in einem geschlossenen Stromkreis auftretende induktive Strom hat eine solche Richtung, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt, die diesen Strom verursacht hat.

  Für eine Spule in einem magnetischen Wechselfeld kann das Faradaysche Gesetz wie folgt geschrieben werden:

  E = − N d Φ B d t = − d Ψ d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-N((d\Phi _(B)) \over dt)=-((d\Psi ) \over dt)) E (\displaystyle (\mathcal (E)))- elektromotorische Kraft, N (\ displaystyle N)- Anzahl der Züge, Φ B (\displaystyle \Phi_(B))- magnetischer Fluss durch eine Windung, Ψ (\displaystyle\psi)- Spulenflussverbindung.

  Vektorform

  In Differentialform kann das Faradaysche Gesetz wie folgt geschrieben werden:

  rot E → = − ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (rot) \,(\vec (E))=-(\partial (\vec (B)) \over \partial t))(im SI-System) rot E → = − 1 c ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (rot) \,(\vec (E))=-(1 \over c)(\partial (\vec (B)) \over \ teilweise t))(im GHS-System).

  In integraler Form (Äquivalent):

  ∮ ∂ S ⁡ E → ⋅ d l → = − ∂ ∂ t ∫ S B → ⋅ d s → (\displaystyle \oint _(\partial S)(\vec (E))\cdot (\vec (dl))=-( \partial \over \partial t)\int _(S)(\vec (B))\cdot (\vec (ds)))(SI) ∮ ∂ S ⁡ E → ⋅ d l → = − 1 c ∂ ∂ t ∫ S B → ⋅ d s → (\displaystyle \oint _(\partial S)(\vec (E))\cdot (\vec (dl))= -(1 \over c)(\partial \over \partial t)\int _(S)(\vec (B))\cdot (\vec (ds)))(GHS)

  Hier E → (\displaystyle (\vec (E)))- Intensität elektrisches Feld , B → (\displaystyle (\vec (B)))- magnetische Induktion , S (\displaystyle S\)- eine beliebige Fläche, - ihre Grenze. Integrationskontur ∂ S (\displaystyle \partial S) wird als fest (unbeweglich) angenommen.

  Es sollte beachtet werden, dass das Faradaysche Gesetz in dieser Form offensichtlich nur den Teil der EMF beschreibt, der auftritt, wenn sich der magnetische Fluss durch den Stromkreis aufgrund der Änderung des Feldes selbst im Laufe der Zeit ändert, ohne die Grenzen des Stromkreises zu ändern (zu verschieben). (zur Berücksichtigung letzterer siehe unten).

  Wenn beispielsweise das Magnetfeld konstant ist und sich der Magnetfluss aufgrund der Bewegung der Konturgrenzen ändert (z. B. mit einer Vergrößerung seiner Fläche), wird die entstehende EMF durch Kräfte erzeugt, die die Ladungen auf dem Stromkreis halten (im Leiter) und die Lorentzkraft, die durch die direkte Wirkung des Magnetfelds auf sich bewegende (mit Kontur) Ladungen erzeugt wird. Gleichzeitig Gleichberechtigung E = − d Φ / d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi)/dt)) wird weiterhin beobachtet, aber die EMF auf der linken Seite wird nicht mehr auf reduziert ∮ ⁡ E → ⋅ d l → (\displaystyle \oint (\vec (E))\cdot (\vec (dl)))(was in diesem speziellen Beispiel im Allgemeinen gleich Null ist). Im allgemeinen Fall (wenn sich das Magnetfeld mit der Zeit ändert und der Stromkreis sich bewegt oder seine Form ändert) gilt auch die letzte Formel, aber die EMF auf der linken Seite ist in diesem Fall die Summe der beiden oben genannten Terme (d. h. sie wird teilweise durch das elektrische Wirbelfeld und teilweise durch die Lorentzkraft und die Reaktionskraft des sich bewegenden Leiters erzeugt).

  Mögliche Form

  Wenn das Magnetfeld durch das Vektorpotential ausgedrückt wird, hat das Faradaysche Gesetz die Form:

  E → = − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-(\partial (\vec (A)) \over \partial t))(in Abwesenheit eines irrotativen Feldes, dh wenn das elektrische Feld vollständig nur durch eine Änderung der magnetischen, dh elektromagnetischen Induktion erzeugt wird).

  Im allgemeinen Fall gilt unter Berücksichtigung des rotationsfreien (z. B. elektrostatischen) Feldes:

  E → = − ∇ φ − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\partial (\vec (A)) \over \partial t))

  Mehr

  Da der magnetische Induktionsvektor per Definition wie folgt durch das Vektorpotential ausgedrückt wird:

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

  dann können Sie diesen Ausdruck ersetzen in

  r o t E → ≡ ∇ × E → = − ∂ B → ∂ t , (\displaystyle rot\ (\vec (E))\equiv \nabla \times (\vec (E))=-(\frac (\partial ( \vec (B)))(\partial t)),) ∇ × E → = − ∂ (∇ × A →) ∂ t , (\displaystyle \nabla \times (\vec (E))=-(\frac (\partial (\nabla \times (\vec (A)) ))(\partiell t)),)

  und durch Vertauschen der Differenzierung in Zeit- und Ortskoordinaten (Rotor):

  ∇ × E → = − ∇ × ∂ EIN → ∂ t . (\displaystyle \nabla \times (\vec (E))=-\nabla \times (\frac (\partial (\vec (A)))(\partial t)).)

  Daher, weil ∇ × E → (\displaystyle \nabla \times (\vec (E))) vollständig durch die rechte Seite der letzten Gleichung bestimmt ist, ist klar, dass der Wirbelanteil des elektrischen Feldes (der Anteil, der einen Rotor hat, im Gegensatz zum drehungsfreien Feld ∇ φ (\displaystyle \nabla \varphi )) wird vollständig durch den Ausdruck bestimmt

  − ∂ EIN → ∂ t . (\displaystyle -(\frac (\partial (\vec (A)))(\partial t)).)

  Jene. in Ermangelung eines wirbelfreien Teils können wir schreiben

  E → = − ∂ A → ∂ t , (\displaystyle (\vec (E))=-(\frac (\partial (\vec (A)))(\partial t)))

  aber im Allgemeinen

  E → = − ∇ φ − d EIN → d t . (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\frac (d(\vec (A)))(dt)).) 1831 kam ein Triumph: Er entdeckte das Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Der Aufbau, auf dem Faraday seine Entdeckung machte, bestand darin, dass Faraday einen Weicheisenring mit einer Breite von etwa 2 cm und einem Durchmesser von 20 cm herstellte und viele Windungen Kupferdraht um jede Hälfte des Rings wickelte. Der Stromkreis einer Wicklung wurde durch einen Draht geschlossen, in seinen Windungen befand sich eine Magnetnadel, die entfernt wurde, damit die Wirkung des im Ring erzeugten Magnetismus nicht beeinträchtigt wurde. Durch die zweite Wicklung wurde ein Strom von einer Batterie aus galvanischen Zellen geleitet. Als der Strom eingeschaltet wurde, machte die Magnetnadel mehrere Schwingungen und beruhigte sich; Als der Strom unterbrochen wurde, oszillierte die Nadel erneut. Es stellte sich heraus, dass der Pfeil beim Einschalten des Stroms in die eine Richtung und beim Unterbrechen des Stroms in die andere Richtung abwich. M. Faraday fand heraus, dass es möglich ist, mit Hilfe eines gewöhnlichen Magneten „Magnetismus in Elektrizität umzuwandeln“.

  Zur gleichen Zeit führte der amerikanische Physiker Joseph Henry auch erfolgreich Experimente zur Induktion von Strömen durch, aber während er die Ergebnisse seiner Experimente veröffentlichen wollte, erschien die Nachricht von M. Faraday über seine Entdeckung der elektromagnetischen Induktion in der Presse.

  M. Faraday versuchte, das von ihm entdeckte Phänomen zu nutzen, um eine neue Elektrizitätsquelle zu erhalten.

  Bisher haben wir elektrische und magnetische Felder betrachtet, die sich mit der Zeit nicht ändern. Es wurde festgestellt, dass das elektrische Feld durch elektrische Ladungen und das Magnetfeld durch bewegte Ladungen, dh durch elektrischen Strom, erzeugt wird. Machen wir uns nun mit elektrischen und magnetischen Feldern vertraut, die sich mit der Zeit ändern.

  Die wichtigste Tatsache, die entdeckt wurde, ist die engste Beziehung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern. Ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt ein elektrisches Feld, und ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Feld. Ohne diese Verbindung zwischen den Feldern wäre die Vielfalt der Erscheinungsformen elektromagnetischer Kräfte nicht so umfangreich, wie sie eigentlich ist. Es gäbe keine Funkwellen oder Licht.

  Es ist kein Zufall, dass der erste, entscheidende Schritt zur Entdeckung neuer Eigenschaften elektromagnetischer Wechselwirkungen vom Begründer der Ideen über das elektromagnetische Feld - Faraday - gemacht wurde. Faraday war von der einheitlichen Natur elektrischer und magnetischer Phänomene überzeugt. Dank dessen machte er eine Entdeckung, die später die Grundlage für die Konstruktion von Generatoren aller Kraftwerke der Welt bildete und mechanische Energie in elektrische Stromenergie umwandelte. (Andere Quellen: galvanische Zellen, Batterien usw. – liefern einen vernachlässigbaren Anteil an der erzeugten Energie.)

  Elektrischer Strom, so argumentierte Faraday, ist in der Lage, ein Stück Eisen zu magnetisieren. Könnte ein Magnet wiederum einen elektrischen Strom verursachen?

  Lange konnte diese Verbindung nicht gefunden werden. Es war schwierig, an die Hauptsache zu denken, nämlich: Nur ein sich bewegender Magnet oder ein sich zeitlich änderndes Magnetfeld kann einen elektrischen Strom in der Spule anregen.

  Welche Art von Unfällen die Entdeckung verhindern könnte, zeigt die folgende Tatsache. Fast zeitgleich mit Faraday versuchte der Schweizer Physiker Colladon, mit einem Magneten elektrischen Strom in eine Spule zu bekommen. Bei der Arbeit verwendete er ein Galvanometer, dessen leichte Magnetnadel in die Spule des Geräts eingesetzt wurde. Um zu verhindern, dass der Magnet einen direkten Einfluss auf die Nadel ausübt, wurden die Enden der Spule, in die Colladon den Magneten schob, in der Hoffnung, darin Strom zu bekommen, in den nächsten Raum geführt und dort mit dem Galvanometer verbunden. Nachdem er den Magneten in die Spule eingesetzt hatte, ging Colladon in den Nebenraum und stellte bedauernd fest:

  

  Stellen Sie sicher, dass das Galvanometer keinen Strom anzeigt. Wenn er nur die ganze Zeit das Galvanometer beobachtet und jemanden gebeten hätte, an dem Magneten zu arbeiten, wäre eine bemerkenswerte Entdeckung gemacht worden. Dies geschah jedoch nicht. Ein Magnet, der relativ zu einer Spule ruht, verursacht keinen Strom darin.

  Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion besteht darin, dass ein elektrischer Strom in einem leitenden Stromkreis auftritt, der entweder in einem sich zeitlich ändernden Magnetfeld ruht oder sich in einem konstanten Magnetfeld so bewegt, dass die Anzahl der magnetischen Induktionslinien den Schaltung ändert. Es wurde am 29. August 1831 entdeckt. Es ist ein seltener Fall, dass das Datum einer neuen bemerkenswerten Entdeckung so genau bekannt ist. Hier ist eine Beschreibung des ersten von Faraday selbst gegebenen Experiments:

  „Ein 203 Fuß langer Kupferdraht wurde auf eine breite Holzspule gewickelt, und zwischen den Windungen wurde ein Draht von gleicher Länge gewickelt, der jedoch vom ersten Baumwollfaden isoliert war. Eine dieser Spiralen war mit einem Galvanometer verbunden, die andere mit einer starken Batterie, die aus 100 Plattenpaaren bestand ... Als der Stromkreis geschlossen wurde, war es möglich, eine plötzliche, aber äußerst schwache Wirkung auf das Galvanometer zu bemerken, und die Dasselbe wurde bemerkt, als der Strom aufhörte. Bei ständigem Stromdurchgang durch eine der Spulen konnte keine Beeinflussung des Galvanometers oder überhaupt eine induktive Beeinflussung der anderen Spule festgestellt werden, obwohl die Erwärmung der gesamten an die Batterie angeschlossenen Spule und die Helligkeit der Funken, die zwischen den Kohlen überspringen, zeugten von Batteriebetrieb“ (Faraday M. „Experimental research on electric“, 1st series).

  So wurde zunächst die Induktion in Leitern entdeckt, die während des Schließens und Öffnens des Stromkreises relativ zueinander bewegungslos waren. Faraday verstand dann klar, dass die Annäherung oder Entfernung von Leitern mit Strom zum gleichen Ergebnis führen sollte wie das Schließen und Öffnen des Stromkreises, und bewies durch Experimente, dass der Strom entsteht, wenn sich die Spulen gegeneinander bewegen.

  

  relativ zu einem Freund. Faraday war mit den Werken von Ampère vertraut und verstand, dass ein Magnet eine Ansammlung kleiner Ströme ist, die in Molekülen zirkulieren. Am 17. Oktober wurde, wie in seinem Labortagebuch festgehalten, während des Einführens (oder Herausziehens) des Magneten ein Induktionsstrom in der Spule festgestellt. Innerhalb eines Monats entdeckte Faraday experimentell alle wesentlichen Merkmale des Phänomens der elektromagnetischen Induktion.

  Derzeit können Faradays Experimente von jedem wiederholt werden. Dazu benötigen Sie zwei Spulen, einen Magneten, eine Elementbatterie und ein ausreichend empfindliches Galvanometer.

  Bei der in Abb. 238 gezeigten Anlage tritt in einer der Spulen ein Induktionsstrom auf, wenn der Stromkreis der anderen Spule, die relativ zur ersten ortsfest ist, geschlossen oder geöffnet wird. In der Installation in Abbildung 239 ändert ein Rheostat den Strom in einer der Spulen. In Abbildung 240 a erscheint der Induktionsstrom, wenn sich die Spulen relativ zueinander bewegen, und in Abbildung 240 b - wenn sich der Permanentmagnet relativ zur Spule bewegt.

  Faraday selbst hat schon in äußerlich anders aussehenden Experimenten das Gemeinsame begriffen, das das Auftreten eines Induktionsstroms bestimmt.

  In einem geschlossenen leitenden Kreis entsteht ein Strom, wenn sich die Anzahl der magnetischen Induktionslinien, die die von diesem Kreis begrenzte Fläche durchdringen, ändert. Und je schneller sich die Anzahl der magnetischen Induktionslinien ändert, desto größer ist der resultierende Induktionsstrom. In diesem Fall ist der Grund für die Änderung der Anzahl magnetischer Induktionslinien völlig gleichgültig. Dies kann eine Änderung der Anzahl der magnetischen Induktionslinien sein, die den Bereich eines festen Stromkreises durchdringen, aufgrund einer Änderung der Stromstärke in einer benachbarten Spule (Abb. 238), und eine Änderung der Anzahl von Induktionslinien aufgrund der Bewegung des Stromkreises in einem inhomogenen Magnetfeld, dessen Liniendichte im Raum variiert (Abb. 241).