کتاب درسی فیزیک برای کلاس نهم گشت و گذار مختصری در تاریخچه کشف قانون مورد نظر می دهد. بررسی باید تکمیل شود. ما در مورد یک قانون اساسی طبیعت صحبت می کنیم و شما باید تمام جنبه های آن را در فرآیند تبدیل شدن آشکار کنید. داستان روند جستجوی قانون فارادی به ویژه آموزنده است و در اینجا نیازی به وقت خالی نیست.
مایکل فارادی در سال 1791 در نزدیکی لندن در خانواده آهنگری به دنیا آمد. پدرش امکاناتی برای پرداخت هزینه تحصیلش نداشت و در 13 سالگی فارادی مجبور شد درس صحافی را شروع کند. خوشبختانه او نزد یک کتابفروشی شاگردی کرد. پسری کنجکاو که مشتاقانه می خواند، ادبیاتی نه آسان. او توسط مقالات علوم طبیعی در دایره المعارف بریتانیکا جذب شد، او به مطالعه گفتارهای مریخ در مورد شیمی پرداخت. در سال 1811، فارادی شروع به شرکت در سخنرانی های عمومی در مورد فیزیک توسط معلم مشهور لندنی Tatum کرد.
نقطه عطف زندگی فارادی سال 1812 بود. دنس، یکی از مشتریان صاحب یک کتابفروشی، عضو مؤسسه سلطنتی، توصیه کرد که مرد جوان به سخنرانی های شیمیدان معروف گامفرن دیوی گوش دهد. فارادی از توصیه های خوبی پیروی کرد. با اشتیاق گوش می داد و با دقت یادداشت می کرد. به توصیه همان رقص، او یادداشت ها را پردازش کرد و برای دیوی فرستاد و درخواست فرصتی برای کار تحقیقاتی اضافه کرد. در سال 1813، فارادی به عنوان دستیار آزمایشگاه در آزمایشگاه شیمی مؤسسه سلطنتی، که توسط دیوی رهبری می شد، شغلی دریافت کرد.
در ابتدا، فارادی یک شیمیدان است. او به سرعت مسیر خلاقیت مستقل را در پیش می گیرد و غرور دیوی اغلب باید از موفقیت دانش آموز رنج ببرد. در سال 1820، فارادی از کشف اورستد مطلع شد و از آن زمان افکار او الکتریسیته و مغناطیس را جذب کردند. او تحقیقات تجربی معروف خود را آغاز می کند که منجر به دگرگونی تفکر فیزیکی شد. در سال 1823، فارادی به عضویت انجمن سلطنتی لندن انتخاب شد و سپس به عنوان مدیر آزمایشگاه های فیزیکی و شیمیایی موسسه سلطنتی منصوب شد. بزرگترین اکتشافات در داخل دیوارهای این آزمایشگاه ها انجام شد. زندگی فارادی که ظاهراً یکنواخت است، در تنش خلاقانه‌اش چشمگیر است. کار سه جلدی "تحقیقات تجربی در مورد الکتریسیته" که قدم به قدم مسیر خلاقانه یک نابغه را منعکس می کند، گواه آن است.
در سال 1820، فارادی یک مشکل اساسی جدید را مطرح کرد: "تبدیل مغناطیس به الکتریسیته". این مدت کوتاهی پس از کشف عمل مغناطیسی جریان ها بود. در آزمایش ارستد، یک جریان الکتریکی بر روی آهنربا اثر می گذارد. از آنجایی که طبق گفته فارادی، تمام نیروهای طبیعت قابل تبدیل هستند، برعکس، می توان یک جریان الکتریکی را با نیروی مغناطیسی تحریک کرد.
فارادی گازها را مایع می کند، تجزیه و تحلیل های شیمیایی دقیق انجام می دهد، خواص شیمیایی جدید مواد را کشف می کند. اما ذهن او بی وقفه با مشکل مطرح شده درگیر است. در سال 1822، او تلاشی را برای تشخیص یک "وضعیت" به دلیل جریان جریان توصیف می کند: "برای قطبی کردن یک پرتو نور از یک لامپ با انعکاس و تلاش برای یافتن اینکه آیا آبی که بین قطب های یک باتری ولتایی در یک ظرف شیشه ای قرار دارد یا خیر. اثر دپلاریزاسیون دارند...» فارادی امیدوار بود اطلاعاتی در مورد خواص جریان به دست آورد. اما تجربه چیزی به ما نداد. بعدی سال 1825 است. فارادی مقاله «جریان الکترومغناطیسی (تحت تأثیر آهنربا)» را منتشر می کند که در آن فکر زیر را بیان می کند. اگر جریان روی آهنربا اثر کند، باید واکنشی را تجربه کند. فارادی می نویسد: «به دلایل مختلف، این فرض وجود داشت که نزدیک شدن به قطب یک آهنربای قوی جریان الکتریکی را کاهش می دهد.» و او تجربه ای را توصیف می کند که این ایده را محقق می کند.
یک دفتر خاطرات به تاریخ 28 نوامبر 1825 تجربه مشابهی را شرح می دهد. باتری سلول های گالوانیکی توسط یک سیم به هم وصل شد. به موازات این سیم سیم دیگری بود (سیم ها با یک لایه کاغذ دوتایی از هم جدا می شدند) که انتهای آن به یک گالوانومتر متصل می شد. به نظر می‌رسید که فارادی اینطور استدلال می‌کند. اگر جریان حرکت یک سیال الکتریکی باشد و این حرکت بر روی یک آهنربای دائمی عمل کند - مجموعه ای از جریان ها (طبق فرضیه آمپر)، سیال متحرک در یک رسانا باید باعث حرکت بی حرکت در هادی دیگر شود و گالوانومتر. باید جریان را برطرف کند. "ملاحظات مختلفی" که فارادی در هنگام ارائه اولین آزمایش درباره آنها نوشت به همین موضوع خلاصه می شود، فقط در آنجا واکنش یک سیال الکتریکی در حال حرکت در یک هادی از جریان های مولکولی یک آهنربای دائمی انتظار می رفت. اما آزمایش ها نتیجه منفی دادند.
راه حل در سال 1831 به دست آمد، زمانی که فارادی پیشنهاد کرد که القاء باید با فرآیند غیر ایستا رخ دهد. این ایده کلیدی بود که منجر به کشف پدیده القای الکترومغناطیسی شد.
ممکن است پیامی که از آمریکا دریافت شده است او را مجبور کرده است که به ایده تغییر جریان روی آورد. این خبر از فیزیکدان آمریکایی جوزف هنری (1797 - 1878) منتشر شد.
هنری در جوانی نه توانایی استثنایی و نه علاقه ای به علم نشان داد. او در فقر بزرگ شد، کشاورز بود، بازیگر بود. درست مثل فارادی، خودش را آموزش می دهد. او در سن 16 سالگی در آکادمی آلبانی شروع به تحصیل کرد. در مدت هفت ماه آنقدر دانش به دست آورد که در یک مدرسه روستایی شغل معلمی پیدا کرد. هنری سپس برای استاد شیمی بک به عنوان دستیار سخنرانی کار کرد. او کار را با تحصیل در آکادمی ترکیب کرد. پس از اتمام دوره، هنری به عنوان مهندس و بازرس در کانال ایری منصوب شد. چند ماه بعد، با قبول دعوت به سمت استادی ریاضیات و فیزیک در آلبانی، این سمت پردرآمد را ترک کرد. در این زمان، مخترع انگلیسی ویلیام استورجن (1783 - 1850) در مورد اختراع خود از آهنربای نعل اسبی گزارش داد که قادر به بلند کردن بدنه فولادی تا وزن چهار کیلوگرم بود.
هنری به الکترومغناطیس علاقه مند شد. او بلافاصله راهی برای افزایش وزن به یک تن پیدا کرد. این امر با تکنیک جدیدی در آن زمان به دست آمد: به جای عایق بندی بدنه آهنربا، سیم عایق بندی شد. راهی برای ایجاد سیم پیچی چند لایه کشف شده است. در سال 1831، هنری امکان ساخت یک موتور الکتریکی را نشان داد، یک رله الکترومغناطیسی را اختراع کرد و با کمک آن انتقال سیگنال های الکتریکی را از راه دور نشان داد و اختراع مورس را پیش بینی کرد (تلگراف مورس در سال 1837 ظاهر شد).
هنری مانند فارادی، وظیفه خود را برای بدست آوردن جریان الکتریکی با استفاده از آهنربا قرار داد. اما این بیان مشکل مخترع بود. و جستجو با شهود ساده هدایت شد. این کشف چند سال قبل از آزمایشات فارادی صورت گرفت. تنظیمات آزمایش کلید هنری در شکل 9 نشان داده شده است. در اینجا همه چیز همان است که تاکنون نشان داده شده است. فقط ما یک باتری راحت تر را به سلول گالوانیکی ترجیح می دهیم و به جای تعادل پیچشی از یک گالوانومتر استفاده می کنیم.
اما هنری در مورد این تجربه به کسی نگفت. او با ناراحتی به دوستانش گفت: «باید زودتر این را چاپ می کردم، اما وقت کمی داشتم! من می‌خواستم نتایج را در نوعی سیستم بیاورم.»(تاکید من است.- AT.د.). و فقدان آموزش منظم و حتی بیشتر - روحیه سودمند-مخترع علم آمریکایی نقش بدی ایفا کرد. هنری، البته، عمق و اهمیت کشف جدید را درک نکرد و احساس نکرد. در غیر این صورت مسلماً جهان علم را از بزرگترین واقعیت آگاه می کرد. هنری که در مورد آزمایش های القایی سکوت کرد، وقتی توانست یک تن کامل را با آهنربای الکتریکی بلند کند، بلافاصله پیامی فرستاد.
این پیامی است که فارادی دریافت کرد. شاید به عنوان آخرین حلقه در زنجیره استنباط ها عمل کرد که به ایده کلیدی منتهی شد. در آزمایش سال 1825 دو سیم با کاغذ جدا شد. باید القایی می شد، اما به دلیل ضعف اثر تشخیص داده نشد. هنری نشان داد که در یک آهنربای الکتریکی با استفاده از یک سیم‌پیچ چندلایه، تأثیر تا حد زیادی افزایش می‌یابد. بنابراین، اگر عمل القایی در طول زیادی منتقل شود، القاء باید افزایش یابد. در واقع، آهنربا مجموعه ای از جریان ها است. تحریک مغناطیسی در یک میله فولادی هنگام عبور جریان از سیم پیچ، القای جریان توسط جریان است. اگر مسیر جریان از طریق سیم پیچ طولانی تر شود، افزایش می یابد.
زنجیره احتمالی نتیجه گیری های منطقی فارادی چنین است. در اینجا شرح کامل اولین تجربه موفق آمده است: «دویست و سه فوت سیم مسی یک تکه بر روی یک طبل چوبی بزرگ پیچیده شد. دویست و سه فوت دیگر از همان سیم به صورت مارپیچی بین پیچ های سیم پیچ اول قرار داشت، تماس فلزی از همه جا با استفاده از یک بند ناف برداشته می شد. یکی از این سیم پیچ ها به یک گالوانومتر و دیگری به یک باتری خوب شارژ شده از صد جفت صفحه مربع چهار اینچی با صفحات دوبل مسی متصل بود. هنگامی که کنتاکت بسته شد، یک عمل ناگهانی اما بسیار ضعیف روی گالوانومتر رخ داد و یک عمل ضعیف مشابه در هنگام باز شدن تماس با باتری اتفاق افتاد.
این اولین تجربه ای بود که پس از یک دهه جست و جو به نتیجه مثبت رسید. فارادی ثابت می کند که هنگام بسته شدن و باز کردن، جریان های القایی در جهت مخالف ایجاد می شود. سپس به مطالعه اثر آهن بر القاء می پردازد.
یک حلقه از میله گرد، آهن نرم جوش داده شد. ضخامت فلز هفت یا هشت اینچ و قطر بیرونی حلقه شش اینچ بود. سه کلاف بر روی یک قسمت از این حلقه پیچیده شده بود که هر یک حاوی حدود بیست و چهار فوت سیم مسی به ضخامت یک بیستم اینچ بود. مارپیچ ها از آهن و از یکدیگر جدا شده و بر روی یکدیگر قرار گرفتند ... آنها می توانند به طور جداگانه و در ترکیب استفاده شوند. این گروه برچسب گذاری شده است ولی(شکل 10). در قسمت دیگر حلقه، حدود شصت فوت از همان سیم مسی به همین ترتیب دو تکه پیچیده شده بود و یک مارپیچ را تشکیل می داد. AT،که هم جهت مارپیچ ها بود ولی،اما در هر انتها حدود نیم اینچ با آهن خالی از آنها جدا شد.
مارپیچ ATتوسط سیم های مسی به یک گالوانومتر که در فاصله سه فوتی از حلقه قرار دارد متصل می شود. مارپیچ ها را جدا کنید ولیسر به انتها به هم متصل می شوند تا یک مارپیچ مشترک را تشکیل دهند که انتهای آن به یک باتری ده جفت صفحه چهار اینچی مربعی متصل شده است. هنگام استفاده از مارپیچ ده برابر قدرتمندتر بدون آهن، گالوانومتر بلافاصله، و بسیار قوی تر از آنچه در بالا مشاهده شد، واکنش نشان داد.
در نهایت، فارادی آزمایشی را انجام می‌دهد که با آن، معمولاً ارائه سؤال القای الکترومغناطیسی هنوز آغاز می‌شود. این دقیقاً تکرار تجربه هنری بود که در شکل 9 نشان داده شده است.
مشکل تعیین شده توسط فارادی در سال 1820 حل شد: مغناطیس به الکتریسیته تبدیل شد.
ابتدا، فارادی القای جریان را از جریان متمایز می کند (او آن را «القای ولتاژ الکتریک» و جریان از آهنربا («القای مغناطیسی-الکتریک» می نامد) اما سپس نشان می دهد که همه موارد تابع یک الگوی کلی هستند.
قانون القای الکترومغناطیسی گروه دیگری از پدیده ها را پوشش می دهد که بعدها نام پدیده های خود القایی را دریافت کردند. فارادی این پدیده جدید را چنین نامید: «اثر القایی یک جریان الکتریکی بر خودش».
این سوال در رابطه با واقعیت زیر مطرح شد که جنکین در سال 1834 به فارادی گزارش داد. این واقعیت به شرح زیر بود. دو صفحه باتری گالوانیکی توسط یک سیم کوتاه به هم متصل می شوند. در عین حال آزمایشگر با هیچ ترفندی نمی تواند از این سیم برق گرفت. اما اگر سیم پیچ آهنربای الکتریکی را به جای سیم در نظر بگیریم، هر بار که مدار باز می شود، ضربه ای احساس می شود. فارادی نوشت: "در عین حال، چیز دیگری مشاهده می شود، پدیده ای که برای مدت طولانی برای دانشمندان شناخته شده بود،یعنی: یک جرقه الکتریکی درخشان در نقطه جدایی می پرد "(مورب من - V.D.).
فارادی شروع به بررسی این حقایق کرد و به زودی تعدادی از جنبه های جدید این پدیده را کشف کرد. مدت کمی طول کشید تا «هویت پدیده ها با پدیده های استقرایی» را تثبیت کند. آزمایش هایی که هنوز هم در آموزش متوسطه و هم در آموزش عالی در توضیح پدیده خودالقایی نشان داده می شود توسط فارادی در سال 1834 راه اندازی شد.
به طور مستقل، آزمایش‌های مشابهی توسط J. Henry انجام شد، اما مانند آزمایش‌های القایی، به موقع منتشر نشدند. دلیل یکسان است: هنری مفهوم فیزیکی پیدا نکرد که پدیده هایی با اشکال مختلف را در بر گیرد.
برای فارادی، خود القای واقعیتی بود که مسیر بیشتر جستجو را روشن می کرد. با جمع بندی مشاهدات، او به نتایجی می رسد که اهمیت اساسی زیادی دارند. شکی نیست که جریان در یک قسمت سیم می‌تواند از طریق القاء روی قسمت‌های دیگر همان سیم که در نزدیکی آن هستند عمل کند... این چیزی است که این تصور را ایجاد می‌کند که جریان روی خودش اثر می‌گذارد.
فارادی بدون دانستن ماهیت جریان، با این وجود به طور دقیق به اصل موضوع اشاره می کند: «وقتی جریان با القاء همراه با آن عمل می کند، یک ماده رسانا در کنار آن قرار دارد، احتمالاً بر روی الکتریسیته موجود در این ماده رسانا تأثیر می گذارد. - فرقی نمی کند که دومی در حالت فعلی باشد یا بی حرکت. در حالت اول، جریان را تقویت یا ضعیف می کند، بسته به جهت آن در حالت دوم، جریان ایجاد می کند.
بیان ریاضی قانون القای الکترومغناطیسی توسط ماکسول در رساله الکتریسیته و مغناطیس خود در سال 1873 ارائه شد. تنها پس از آن به مبنای محاسبات کمی تبدیل شد. بنابراین قانون القای الکترومغناطیسی را باید قانون فارادی - ماکسول نامید.
نکات روشی. مشخص است که تحریک یک جریان القایی در رسانایی که در یک میدان مغناطیسی ثابت حرکت می کند و در یک هادی ساکن که در یک میدان مغناطیسی متناوب قرار دارد، از همین قانون پیروی می کند. برای فارادی و ماکسول، این امر بدیهی بود، زیرا آنها خطوط القای مغناطیسی را به صورت تشکیلات واقعی در اتر تصور می کردند. هنگامی که جریان روشن و خاموش می شود، یا قدرت جریان در اطراف هادی هایی که مدار را تشکیل می دهند تغییر می کند، خطوط القای مغناطیسی حرکت می کنند. در همان زمان، آنها از خود مدار عبور می کنند و باعث ایجاد پدیده خود القایی می شوند. اگر رسانایی در نزدیکی مدار با جریان متغیر وجود داشته باشد، خطوط القای مغناطیسی که از آن عبور می کنند، EMF القای الکترومغناطیسی را تحریک می کنند.
مادیت شدن خطوط نیروی میدان الکتریکی و خطوط القای مغناطیسی به ویژگی تاریخ تبدیل شده است. با این حال، اشتباه است که به خطوط نیرو فقط یک شخصیت رسمی داده شود. فیزیک مدرن بر این باور است که خط نیروی میدان الکتریکی و خط القای مغناطیسی محل نقاطی هستند که در آنها میدان داده شده دارای حالتی متفاوت از حالت سایر نقاط است. این حالت با مقادیر بردارها و در این نقاط وقتی فیلد تغییر می کند، بردارها و تغییر، بر این اساس پیکربندی خطوط نیرو را تغییر می دهد. وضعیت میدان می تواند با سرعت نور در فضا حرکت کند. اگر هادی در میدانی باشد که حالت آن تغییر کند، یک EMF در هادی برانگیخته می شود.

موردی که میدان ثابت است و هادی در این میدان حرکت می کند، توسط نظریه ماکسول توضیح داده نشده است. اینشتین اولین بار متوجه این موضوع شد. کار مهم او "درباره الکترودینامیک اجسام متحرک" با بحث در مورد ناکافی بودن نظریه ماکسول در این مرحله آغاز می شود. پدیده تحریک EMF در رسانایی که در یک میدان مغناطیسی ثابت حرکت می کند، در صورتی که با اصل نسبیت و اصل ثبات سرعت نور تکمیل شود، می تواند در چارچوب نظریه میدان الکترومغناطیسی قرار گیرد.

پس از اکتشافات ارستد و آمپر، مشخص شد که الکتریسیته دارای نیروی مغناطیسی است. اکنون لازم بود تأثیر پدیده های مغناطیسی بر روی پدیده های الکتریکی تأیید شود. این مشکل توسط فارادی به خوبی حل شد.

مایکل فارادی (1791-1867) در لندن، یکی از فقیرترین نقاط آن، به دنیا آمد. پدرش آهنگر و مادرش دختر یک کشاورز مستاجر بود. وقتی فارادی به سن مدرسه رسید، او را به مدرسه ابتدایی فرستادند. دوره ای که فارادی در اینجا گذرانده بود بسیار محدود بود و فقط به آموزش خواندن، نوشتن و شروع شمارش محدود می شد.

در چند قدمی خانه ای که خانواده فارادی در آن زندگی می کردند، یک کتابفروشی وجود داشت که محل صحافی نیز بود. اینجا بود که فارادی پس از گذراندن دوره ابتدایی به آنجا رسید که این سؤال در مورد انتخاب حرفه برای او مطرح شد. مایکل در آن زمان تنها 13 سال داشت. از قبل در جوانی، زمانی که فارادی به تازگی خودآموزی خود را آغاز کرده بود، تلاش کرد تا تنها بر واقعیت ها تکیه کند و گزارش های دیگران را با تجربیات خود تأیید کند.

این آرزوها در تمام زندگی به عنوان ویژگی های اصلی فعالیت علمی اش بر او غالب بود.فارادی در اولین آشنایی با فیزیک و شیمی از کودکی شروع به انجام آزمایش های فیزیکی و شیمیایی کرد. یک بار مایکل در یکی از سخنرانی های همفری دیوی، فیزیکدان بزرگ انگلیسی شرکت کرد.

فارادی یادداشت مفصلی از سخنرانی کرد، آن را بست و برای دیوی فرستاد. او آنقدر تحت تأثیر قرار گرفت که به فارادی پیشنهاد داد که به عنوان منشی با او همکاری کند. به زودی دیوی به سفری به اروپا رفت و فارادی را با خود برد. آنها به مدت دو سال از بزرگترین دانشگاه های اروپایی بازدید کردند.

با بازگشت به لندن در سال 1815، فارادی به عنوان دستیار در یکی از آزمایشگاه های مؤسسه سلطنتی در لندن شروع به کار کرد. در آن زمان یکی از بهترین آزمایشگاه های فیزیکی در جهان بود.از سال 1816 تا 1818 فارادی تعدادی یادداشت کوچک و خاطرات کوچک در مورد شیمی منتشر کرد. اولین کار فارادی در زمینه فیزیک به سال 1818 برمی گردد.

مایکل بر اساس تجربیات پیشینیان خود و ترکیب چندین تجربه خود، تا سپتامبر 1821 "داستان موفقیت آمیز الکترومغناطیس" را چاپ کرد. قبلاً در آن زمان ، او مفهوم کاملاً صحیحی از ماهیت پدیده انحراف یک سوزن مغناطیسی تحت تأثیر جریان ایجاد کرد.

پس از کسب این موفقیت، فارادی تحصیلات خود را در رشته برق به مدت ده سال رها کرد و خود را وقف مطالعه تعدادی از موضوعات مختلف کرد. در سال 1823، فارادی یکی از مهمترین اکتشافات در زمینه فیزیک را انجام داد - او برای اولین بار به مایع شدن یک گاز دست یافت و در همان زمان روشی ساده اما معتبر برای تبدیل گازها به مایع ایجاد کرد. در سال 1824، فارادی چندین اکتشاف در زمینه فیزیک انجام داد.

از جمله، او این واقعیت را ثابت کرد که نور بر رنگ شیشه تأثیر می گذارد و آن را تغییر می دهد. سال بعد، فارادی دوباره از فیزیک به شیمی روی آورد و نتیجه کار او در این زمینه، کشف بنزین و اسید نفتالین سولفوریک است.

در سال 1831، فارادی رساله ای در مورد نوع خاصی از توهم نوری منتشر کرد که به عنوان پایه ای برای پرتابه نوری زیبا و عجیب به نام "کروموتروپ" بود. در همان سال رساله دیگری از دانشمند "درباره صفحات ارتعاشی" منتشر شد. بسیاری از این آثار به تنهایی می توانند نام نویسنده خود را جاودانه کنند. اما مهمترین کارهای علمی فارادی تحقیقات او در زمینه الکترومغناطیس و القای الکتریکی است.

به بیان دقیق، شاخه مهم فیزیک که به پدیده های الکترومغناطیس و الکتریسیته القایی می پردازد و در حال حاضر برای فناوری از اهمیت بالایی برخوردار است، توسط فارادی از هیچ ایجاد شد.

زمانی که فارادی سرانجام خود را وقف تحقیق در زمینه الکتریسیته کرد، مشخص شد که در شرایط عادی، وجود یک جسم برق دار برای تأثیر آن برای تحریک الکتریسیته در هر جسم دیگری کافی است. در عین حال، مشخص شد که سیمی که جریان از آن عبور می کند و همچنین بدنه ای برق دار است، روی سیم های دیگری که در نزدیکی آن قرار گرفته اند، تأثیری ندارد.

چه چیزی باعث این استثنا شد؟ این سوالی است که فارادی را مورد توجه قرار داد و حل آن او را به مهم ترین اکتشافات در زمینه برق القایی سوق داد. طبق معمول، فارادی یک سری آزمایش را آغاز کرد که قرار بود اصل موضوع را روشن کند.

فارادی دو سیم عایق به موازات یکدیگر را روی همان وردنه چوبی پیچید. او انتهای یک سیم را به باتری ده عنصری و انتهای سیم دیگر را به یک گالوانومتر حساس متصل کرد. وقتی جریان از سیم اول عبور کرد،

فارادی تمام توجه خود را به گالوانومتر معطوف کرد و انتظار داشت که از نوسانات آن متوجه ظهور جریانی در سیم دوم شود. با این حال، چیزی از این نوع وجود نداشت: گالوانومتر آرام باقی ماند. فارادی تصمیم گرفت جریان را افزایش دهد و 120 سلول گالوانیکی را وارد مدار کرد. نتیجه یکسان است. فارادی این آزمایش را ده ها بار تکرار کرد که همه آنها با موفقیت یکسان بودند.

هر کس دیگری به جای او آزمایشات را ترک می کرد و متقاعد شده بود که جریان عبوری از سیم هیچ تأثیری بر سیم همسایه ندارد. اما فارادی همیشه سعی می کرد از آزمایشات و مشاهدات خود هر چیزی را که می تواند ارائه دهد استخراج کند و بنابراین ، با عدم تأثیر مستقیم روی سیم متصل به گالوانومتر ، شروع به جستجوی عوارض جانبی کرد.

او بلافاصله متوجه شد که گالوانومتر در تمام مدت عبور جریان کاملاً آرام بود و در همان بسته شدن مدار و در باز شدن آن شروع به نوسان کرد.سیم دوم نیز توسط جریانی برانگیخته می شود که در حالت اول مخالف است. به جریان اول و همین طور با آن در حالت دوم و فقط یک لحظه طول می کشد.

این جریان‌های آنی ثانویه که در اثر نفوذ جریان‌های اولیه ایجاد می‌شوند، توسط فارادی القایی نامیده می‌شوند و تا کنون این نام برای آن‌ها حفظ شده است. اگر فارادی با کمک یک وسیله مبتکرانه (کموتاتور) راهی پیدا نمی کرد که دائماً قطع شود و دوباره جریان اولیه ای را که از باتری می آید از طریق جریان الکتریکی عبور دهد، به دلیل آنی بودن، و بلافاصله ناپدید شدن آن ها پس از ظهور، هیچ اهمیت عملی نداشت. سیم اول، که به دلیل آن در سیم دوم به طور مداوم توسط جریان های القایی بیشتر و بیشتر تحریک می شود، بنابراین ثابت می شود. بنابراین، منبع جدیدی از انرژی الکتریکی، علاوه بر آنهایی که قبلا شناخته شده بود (اصطکاک و فرآیندهای شیمیایی)، - القایی، و نوع جدیدی از این انرژی - الکتریسیته القایی پیدا شد.

در ادامه آزمایشات خود، فارادی همچنین کشف کرد که یک تقریب ساده از یک سیم پیچ خورده در یک منحنی بسته به منحنی دیگر، که در امتداد آن یک جریان گالوانیکی جریان دارد، برای تحریک یک جریان القایی در جهت مخالف جریان گالوانیکی در یک سیم خنثی کافی است. حذف یک سیم خنثی مجدداً جریان القایی را در آن برانگیخته می شود. جریان از قبل در همان جهت جریان گالوانیکی است که در امتداد یک سیم ثابت می گذرد و در نهایت این جریان های القایی فقط در حین نزدیک شدن و حذف شدن برانگیخته می شوند. سیم به هادی جریان گالوانیکی و بدون این حرکت، جریان ها برانگیخته نمی شوند، هر چقدر هم که سیم ها به هم نزدیک باشند.

بنابراین، یک پدیده جدید، مشابه پدیده القایی فوق القایی در طول بسته شدن و خاتمه جریان گالوانیکی کشف شد. این اکتشافات به نوبه خود باعث کشفیات جدید شد. اگر بتوان با بستن و قطع جریان گالوانیکی جریان القایی تولید کرد، آیا از مغناطش و مغناطیس زدایی آهن نتیجه مشابهی حاصل نمی شود؟

کار ارستد و آمپر قبلاً رابطه بین مغناطیس و الکتریسیته را مشخص کرده بود. مشخص بود که آهن با پیچاندن سیم عایق دور آن و عبور جریان گالوانیکی از آن به آهنربا تبدیل می شود و به محض قطع جریان، خواص مغناطیسی این آهن از بین می رود.

بر این اساس، فارادی این نوع آزمایش را انجام داد: دو سیم عایق دور یک حلقه آهنی پیچیدند. علاوه بر این، یک سیم به دور یک نیمه حلقه و سیم دیگر به دور دیگر حلقه پیچید. جریان یک باتری گالوانیکی از یک سیم عبور می کرد و انتهای سیم دیگر به یک گالوانومتر متصل می شد. و بنابراین، هنگامی که جریان بسته یا متوقف شد، و در نتیجه، زمانی که حلقه آهن مغناطیسی یا مغناطیسی شد، سوزن گالوانومتر به سرعت نوسان کرد و سپس به سرعت متوقف شد، یعنی همان جریان های القایی آنی در سیم خنثی برانگیخته شد - این زمان: در حال حاضر تحت تأثیر مغناطیس.

بنابراین، در اینجا برای اولین بار مغناطیس به الکتریسیته تبدیل شد. با دریافت این نتایج، فارادی تصمیم گرفت آزمایش های خود را متنوع کند. به جای انگشتر آهنی شروع به استفاده از نوار آهنی کرد. به جای مغناطیس هیجان انگیز در آهن با جریان گالوانیکی، او آهن را با لمس آهنربای فولادی دائمی مغناطیسی کرد. نتیجه یکی بود: در سیم پیچیده شده دور آهن، همیشه! جریان در لحظه مغناطش و مغناطیس زدایی آهن برانگیخته شد.

سپس فارادی یک آهنربای فولادی را به مارپیچ سیم وارد کرد - نزدیک شدن و حذف دومی باعث ایجاد جریان القایی در سیم شد. در یک کلام، مغناطیس به معنای برانگیختگی جریان های القایی، دقیقاً مانند جریان گالوانیکی عمل می کرد.

در آن زمان، فیزیکدانان به شدت مشغول یک پدیده اسرارآمیز بودند که در سال 1824 توسط آراگو کشف شد و هیچ توضیحی برای آن پیدا نکردند. که این توضیح به شدت توسط دانشمندان برجسته آن زمان مانند خود آراگو، آمپر، پواسون، باباج و هرشل جستجو شد.

موضوع از این قرار بود. یک سوزن مغناطیسی که آزادانه آویزان است، اگر دایره ای از فلز غیر مغناطیسی زیر آن بیاورید، به سرعت استراحت می کند. اگر دایره در حرکت چرخشی قرار گیرد، سوزن مغناطیسی شروع به دنبال کردن آن می کند.

در یک حالت آرام، کشف کوچکترین جاذبه یا دافعه ای بین دایره و تیر غیرممکن بود، در حالی که همان دایره ای که در حال حرکت بود، نه تنها یک تیر سبک، بلکه یک آهنربای سنگین را نیز از پشت خود می کشید. این پدیده واقعاً معجزه آسا برای دانشمندان آن زمان معمایی اسرارآمیز به نظر می رسید ، چیزی فراتر از طبیعی.

فارادی، بر اساس داده های فوق، این فرض را مطرح کرد که دایره ای از فلز غیر مغناطیسی، تحت تأثیر یک آهنربا، در طول چرخش توسط جریان های القایی که بر سوزن مغناطیسی تأثیر می گذارد و آن را به پشت آهنربا می کشد، به گردش در می آید.

در واقع، با وارد کردن لبه دایره بین قطب های یک آهنربای نعل اسبی بزرگ و اتصال مرکز و لبه دایره با یک گالوانومتر با سیم، فارادی جریان الکتریکی ثابتی را در طول چرخش دایره دریافت کرد.

به دنبال آن، فارادی به پدیده دیگری پرداخت که باعث کنجکاوی عمومی می شد. همانطور که می دانید، اگر براده های آهن روی آهنربا پاشیده شوند، در امتداد خطوط خاصی دسته بندی می شوند که به آن منحنی های مغناطیسی می گویند. فارادی، با جلب توجه به این پدیده، در سال 1831 منحنی های مغناطیسی را به نام "خطوط نیروی مغناطیسی" پایه گذاری کرد که پس از آن مورد استفاده عمومی قرار گرفت.

مطالعه این "خطوط" فارادی را به کشف جدیدی هدایت کرد، معلوم شد که برای تحریک جریان های القایی، نزدیک شدن و حذف منبع از قطب مغناطیسی ضروری نیست. برای برانگیختن جریان ها کافی است از خطوط نیروی مغناطیسی به روشی شناخته شده عبور کنیم.

کارهای بعدی فارادی در جهت ذکر شده، از دیدگاه مدرن، شخصیت چیزی کاملاً معجزه آسا را ​​به دست آورد. در آغاز سال 1832، او دستگاهی را نشان داد که در آن جریان های القایی بدون کمک آهنربا یا جریان گالوانیکی برانگیخته می شدند.

این دستگاه شامل یک نوار آهنی بود که در یک سیم پیچ قرار می گرفت. این دستگاه در شرایط معمولی کوچکترین نشانه ای از ظهور جریانات در آن را نشان نمی داد. اما به محض اینکه جهتی متناسب با جهت سوزن مغناطیسی به او داده شد، جریانی در سیم برانگیخته شد.

سپس فارادی موقعیت سوزن مغناطیسی را به یک سیم پیچ داد و سپس یک نوار آهنی به آن وارد کرد: جریان دوباره برانگیخته شد. دلیل ایجاد جریان در این موارد مغناطیس زمینی بود که باعث ایجاد جریان های القایی مانند یک آهنربای معمولی یا جریان گالوانیکی می شد. برای اینکه این موضوع را واضح تر نشان دهد و اثبات کند، فارادی آزمایش دیگری را انجام داد که ایده های او را کاملاً تأیید کرد.

او استدلال کرد که اگر یک دایره از فلز غیر مغناطیسی، به عنوان مثال، مس، که در موقعیتی می چرخد ​​که در آن خطوط نیروی مغناطیسی آهنربای همسایه را قطع می کند، جریان القایی ایجاد می کند، آنگاه همان دایره در غیاب می چرخد. یک آهنربا، اما در موقعیتی که دایره از خطوط مغناطیس زمینی عبور کند، باید جریان القایی نیز بدهد.

و در واقع، یک دایره مسی که در یک صفحه افقی می چرخد، یک جریان القایی ایجاد می کند که انحراف قابل توجهی از سوزن گالوانومتر ایجاد می کند. فارادی با کشف "اثر القایی جریان بر خود" در سال 1835 به یک سری مطالعات در زمینه القای الکتریکی پایان داد.

او متوجه شد که وقتی یک جریان گالوانیکی بسته یا باز می شود، جریان های القایی آنی در خود سیم تحریک می شوند که به عنوان رسانایی برای این جریان عمل می کند.

فیزیکدان روسی امیل کریستوفوروویچ لنز (1804-1861) قاعده ای برای تعیین جهت جریان القایی ارائه کرد. A.A خاطرنشان می کند: "جریان القایی همیشه به گونه ای هدایت می شود که میدان مغناطیسی ایجاد شده مانع یا کندتر می شود." Korobko-Stefanov در مقاله خود در مورد القای الکترومغناطیسی. - مثلاً وقتی سیم پیچ به آهنربا نزدیک می شود، جریان القایی حاصل چنان جهتی دارد که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آن مخالف میدان مغناطیسی آهنربا خواهد بود. در نتیجه نیروهای دافعه بین سیم پیچ و آهنربا ایجاد می شود.

قانون لنز از قانون بقا و تبدیل انرژی ناشی می شود. اگر جریان‌های القایی حرکتی را که باعث آن‌ها می‌شد تسریع می‌کردند، کار از هیچ ایجاد می‌شد. خود سیم پیچ پس از یک فشار کوچک به سمت آهنربا هجوم می آورد و در عین حال جریان القایی گرما را در آن آزاد می کند. در حقیقت، جریان القایی به دلیل نزدیک کردن آهنربا و سیم پیچ به یکدیگر ایجاد می شود.

چرا جریان القایی وجود دارد؟ توضیح عمیقی درباره پدیده القای الکترومغناطیسی توسط فیزیکدان انگلیسی جیمز کلرک ماکسول، خالق یک نظریه کامل ریاضی در مورد میدان الکترومغناطیسی ارائه شد.

برای درک بهتر اصل موضوع، یک آزمایش بسیار ساده را در نظر بگیرید. اجازه دهید سیم پیچ از یک دور سیم تشکیل شده و توسط یک میدان مغناطیسی متناوب عمود بر صفحه پیچ سوراخ شود. البته در سیم پیچ جریان القایی وجود دارد. ماکسول این آزمایش را با شجاعت و غیرمنتظره ای استثنایی تفسیر کرد.

به گفته ماکسول، وقتی میدان مغناطیسی در فضا تغییر می‌کند، فرآیندی به وجود می‌آید که وجود سیم‌پیچ برای آن اهمیتی ندارد. نکته اصلی در اینجا ظهور خطوط دایره ای بسته میدان الکتریکی است که میدان مغناطیسی در حال تغییر را می پوشاند. تحت عمل میدان الکتریکی در حال ظهور، الکترون ها شروع به حرکت می کنند و جریان الکتریکی در سیم پیچ ایجاد می شود. سیم پیچ فقط وسیله ای است که به شما امکان می دهد میدان الکتریکی را تشخیص دهید.

ماهیت پدیده القای الکترومغناطیسی این است که یک میدان مغناطیسی متناوب همیشه یک میدان الکتریکی با خطوط بسته نیرو در فضای اطراف ایجاد می کند. به چنین میدانی میدان گردابی می گویند.

تحقیقات در زمینه القایی تولید شده توسط مغناطیس زمینی به فارادی این فرصت را داد تا ایده تلگراف را در اوایل سال 1832 بیان کند، که سپس اساس این اختراع را تشکیل داد. به طور کلی، کشف القای الکترومغناطیسی بی دلیل نیست که به برجسته ترین اکتشافات قرن نوزدهم نسبت داده می شود - کار میلیون ها موتور الکتریکی و مولدهای جریان الکتریکی در سراسر جهان بر اساس این پدیده است.

منبع اطلاعات: ثمین د.ک «یکصد کشف بزرگ علمی»، م.: «وچه»، ۱۳۸۱.

تاریخچه کشف القای الکترومغناطیسی. اکتشافات هانس کریستین ارستد و آندره ماری آمپر نشان داد که الکتریسیته دارای نیروی مغناطیسی است. تأثیر پدیده های مغناطیسی بر پدیده های الکتریکی توسط مایکل فارادی کشف شد. هانس کریستین اورستد آندره ماری آمپر

مایکل فارادی () در سال 1822 در دفتر خاطرات خود نوشت: "مغناطیس را به الکتریسیته تبدیل کنید." فیزیکدان انگلیسی، بنیانگذار نظریه میدان الکترومغناطیسی، عضو افتخاری خارجی آکادمی علوم سن پترزبورگ (1830).

شرح آزمایشات توسط مایکل فارادی دو سیم مسی روی یک بلوک چوبی پیچیده شده است. یکی از سیم ها به یک گالوانومتر و دیگری به یک باتری قوی متصل بود. هنگامی که مدار بسته شد، یک عمل ناگهانی اما بسیار ضعیف بر روی گالوانومتر مشاهده شد و همین عمل با قطع جریان نیز مشاهده شد. با عبور مداوم جریان از یکی از مارپیچ ها، امکان تشخیص انحراف سوزن گالوانومتر وجود نداشت.

شرح آزمایش های مایکل فارادی آزمایش دیگر شامل ثبت نوسانات جریان در انتهای یک سیم پیچ بود که داخل آن یک آهنربای دائمی وارد شده بود. فارادی چنین انفجارهایی را "امواج برق" نامید.

EMF القایی EMF القایی که باعث انفجار جریان می شود ("امواج الکتریسیته")، به بزرگی شار مغناطیسی بستگی ندارد، بلکه به سرعت تغییر آن بستگی دارد.

1. جهت خطوط القای میدان خارجی B را تعیین کنید (N را ترک کرده و S را وارد می کنند). 2. تعیین کنید که آیا شار مغناطیسی در مدار افزایش می یابد یا کاهش می یابد (اگر آهنربا به داخل حلقه فشار داده شود، اگر بیرون کشیده شود Ф> 0، اگر بیرون کشیده شود Ф 0، اگر بیرون کشیده شود Ф 0 بیرون کشیده می شود، سپس Ф 0، اگر بیرون کشیده شود، Ф 0، اگر کشیده شود، سپس Ф
3. جهت خطوط القای میدان مغناطیسی B ایجاد شده توسط جریان القایی را تعیین کنید (اگر F> 0 باشد، خطوط B و B در جهت مخالف هستند و اگر F 0، خطوط B و B جهت می‌شوند. در جهات مخالف؛ اگر F 0، خطوط B و B در جهات مخالف هم جهت می شوند، اگر Ф 0، خطوط B و B در جهت مخالف هستند، اگر Ф 0، خطوط B و B در جهت مخالف هستند. اگر Ф

سوالات قانون القای الکترومغناطیسی را فرموله کنید. بنیانگذار این قانون کیست؟ جریان القایی چیست و چگونه جهت آن را تعیین کنیم؟ چه چیزی بزرگی EMF القایی را تعیین می کند؟ اصل عملکرد کدام دستگاه های الکتریکی بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی است؟

القای الکترومغناطیسی- پدیده وقوع جریان الکتریکی در مدار بسته با تغییر در شار مغناطیسی عبوری از آن. القای الکترومغناطیسی توسط مایکل فارادی در 29 اوت 1831 کشف شد. او کشف کرد که نیروی الکتروموتور (EMF) که در یک مدار رسانای بسته رخ می‌دهد، متناسب با نرخ تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط این مدار است. بزرگی نیروی محرکه الکتریکی به آنچه باعث تغییر در شار می شود - تغییر در خود میدان مغناطیسی یا حرکت یک مدار (یا بخشی از آن) در یک میدان مغناطیسی بستگی ندارد. جریان الکتریکی ناشی از این EMF جریان القایی نامیده می شود.

یوتیوب دایره المعارفی

• 1 / 5

  طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی (در SI):

  E = - d Φ B d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi _(B)) \بیش از dt))- نیروی محرکه الکتریکی که در امتداد یک کانتور انتخابی خودسرانه عمل می کند، = ∬ S B → ⋅ d S → , (\displaystyle =\iint \limits _(S)(\vec (B))\cdot d(\vec (S)))- شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط این کانتور.

  علامت منفی در فرمول منعکس می شود قانون لنز، به نام فیزیکدان روسی E. Kh. Lenz:

  جریان القایی که در یک مدار رسانای بسته رخ می دهد دارای جهتی است که میدان مغناطیسی ایجاد شده با تغییر شار مغناطیسی که باعث این جریان شده است خنثی می کند.

  برای یک سیم پیچ در یک میدان مغناطیسی متناوب، قانون فارادی را می توان به صورت زیر نوشت:

  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)))- نیروی محرکه برقی، N (\displaystyle N)- تعداد دورها، Φ B (\displaystyle \Phi _(B))- شار مغناطیسی از طریق یک دور، Ψ (\displaystyle \psi)- اتصال شار سیم پیچ.

  شکل برداری

  به شکل دیفرانسیل، قانون فارادی را می توان به صورت زیر نوشت:

  rot E → = − ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (rot) \,(\vec (E))=-(\partial (\vec (B)) \over \partial t))(در سیستم SI) rot E → = − 1 c ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (rot) \,(\vec (E))=-(1 \ بیش از c)(\partial (\vec (B)) \over \ تی جزئی))(در سیستم GHS).

  به صورت انتگرال (معادل):

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

  اینجا E → (\displaystyle (\vec (E)))- میدان شدت-الکتریکی، B → (\displaystyle (\vec (B)))- القای مغناطیسی، S (\displaystyle S\ )- یک سطح دلخواه، - مرز آن. کانتور یکپارچه سازی ∂ S (\displaystyle \جزئی S)ثابت (غیرمنقول) فرض می شود.

  لازم به ذکر است که قانون فارادی در این شکل، بدیهی است که تنها بخشی از EMF را توصیف می کند که زمانی رخ می دهد که شار مغناطیسی در مدار به دلیل تغییر خود میدان در طول زمان بدون تغییر (حرکت) مرزهای مدار تغییر کند. (برای در نظر گرفتن مورد دوم به زیر مراجعه کنید).

  اگر مثلاً میدان مغناطیسی ثابت باشد و شار مغناطیسی به دلیل حرکت مرزهای کانتور تغییر کند (مثلاً با افزایش مساحت آن)، EMF در حال ظهور توسط نیروهایی که بارها را روی مدار نگه می‌دارند، ایجاد می‌شود. (در رسانا) و نیروی لورنتس که از اثر مستقیم میدان مغناطیسی بر روی بارهای متحرک (با کانتور) ایجاد می شود. در عین حال برابری E = - d Φ / d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi )/dt))همچنان مشاهده می شود، اما EMF در سمت چپ دیگر به کاهش نمی یابد ∮ ⁡ E → ⋅ d l → (\displaystyle \oint (\vec (E))\cdot (\vec (dl)))(که در این مثال خاص به طور کلی برابر با صفر است). در حالت کلی (زمانی که میدان مغناطیسی با زمان تغییر می‌کند و مدار حرکت می‌کند یا شکل می‌گیرد)، آخرین فرمول نیز درست است، اما EMF سمت چپ در این حالت، مجموع هر دو عبارت ذکر شده در بالا است (یعنی بخشی از آن توسط میدان الکتریکی گرداب و تا حدودی توسط نیروی لورنتس و نیروی واکنش رسانای متحرک ایجاد می شود.

  فرم بالقوه

  هنگام بیان میدان مغناطیسی بر حسب پتانسیل برداری، قانون فارادی به شکل زیر است:

  E → = − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-(\جزئی (\vec (A)) \ بیش از \ جزئی t))(در صورت عدم وجود میدان چرخشی، یعنی زمانی که میدان الکتریکی به طور کامل تنها با تغییر در مغناطیسی، یعنی القای الکترومغناطیسی ایجاد می شود).

  در حالت کلی، هنگام در نظر گرفتن میدان چرخشی (به عنوان مثال، الکترواستاتیک)، داریم:

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

  بیشتر

  از آنجایی که بردار القای مغناطیسی، طبق تعریف، بر حسب پتانسیل برداری به صورت زیر بیان می شود:

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

  سپس می توانید این عبارت را جایگزین کنید

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

  و با مبادله تمایز در مختصات زمانی و مکانی (روتور):

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

  از این رو، زیرا ∇ × E → (\displaystyle \nabla \times (\vec (E)))کاملاً توسط سمت راست آخرین معادله تعیین می شود، واضح است که قسمت گردابی میدان الکتریکی (بخشی که دارای روتور است، بر خلاف میدان چرخشی ∇ φ (\displaystyle \nabla \varphi)) به طور کامل توسط عبارت مشخص می شود

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

  آن ها در غیاب یک قسمت بدون گرداب، می توانیم بنویسیم

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

  اما به طور کلی

  E → = − ∇ φ − d A → d t . (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\frac (d(\vec (A)))(dt)).) 1831 یک پیروزی بود: او پدیده القای الکترومغناطیسی را کشف کرد. ساختاری که فارادی بر اساس آن کشف کرد این بود که فارادی یک حلقه آهنی نرم به عرض حدود 2 سانتی متر و قطر 20 سانتی متر ساخت و پیچ های زیادی از سیم مسی را به دور هر نیمه حلقه پیچاند. مدار یک سیم پیچ توسط یک سیم بسته شد، در نوبت های آن یک سوزن مغناطیسی وجود داشت، برداشته شد تا اثر مغناطیس ایجاد شده در حلقه تحت تأثیر قرار نگیرد. جریانی از سیم پیچ دوم از باتری سلول های گالوانیکی عبور داده شد. وقتی جریان روشن شد، سوزن مغناطیسی چندین نوسان ایجاد کرد و آرام شد. وقتی جریان قطع شد، سوزن دوباره نوسان کرد. مشخص شد که هنگام روشن شدن جریان، فلش به یک جهت منحرف می شود و هنگام قطع جریان در جهت دیگر. M. Faraday دریافت که امکان "تبدیل مغناطیس به الکتریسیته" با کمک یک آهنربای معمولی وجود دارد.

  در همان زمان، جوزف هنری، فیزیکدان آمریکایی نیز با موفقیت آزمایش هایی در زمینه القای جریان ها انجام داد، اما در حالی که او قصد داشت نتایج آزمایش های خود را منتشر کند، پیام M. Faraday در مورد کشف القای الکترومغناطیسی در مطبوعات منتشر شد.

  M. Faraday به دنبال این بود که از پدیده ای که کشف کرده بود برای به دست آوردن منبع جدیدی از برق استفاده کند.

  تاکنون میدان های الکتریکی و مغناطیسی را در نظر گرفته ایم که با گذشت زمان تغییر نمی کنند. مشخص شد که میدان الکتریکی توسط بارهای الکتریکی و میدان مغناطیسی - با حرکت بارها، یعنی توسط جریان الکتریکی ایجاد می شود. بیایید به سراغ آشنایی با میدان های الکتریکی و مغناطیسی برویم که با گذشت زمان تغییر می کنند.

  مهم ترین واقعیتی که کشف شده نزدیک ترین رابطه بین میدان های الکتریکی و مغناطیسی است. یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان یک میدان الکتریکی ایجاد می کند و یک میدان الکتریکی متغیر یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. بدون این ارتباط بین میدان ها، تنوع تظاهرات نیروهای الکترومغناطیسی به اندازه واقعی گسترده نخواهد بود. هیچ امواج رادیویی یا نوری وجود نخواهد داشت.

  تصادفی نیست که اولین گام تعیین کننده در کشف ویژگی های جدید برهمکنش های الکترومغناطیسی توسط بنیانگذار ایده های مربوط به میدان الکترومغناطیسی - فارادی انجام شد. فارادی به ماهیت یکپارچه پدیده های الکتریکی و مغناطیسی اطمینان داشت. با تشکر از این، او کشفی انجام داد، که بعداً مبنای طراحی ژنراتورهای تمام نیروگاه های جهان بود و انرژی مکانیکی را به انرژی جریان الکتریکی تبدیل می کرد. (منابع دیگر: سلول های گالوانیکی، باتری ها و غیره - سهم ناچیزی از انرژی تولید شده را فراهم می کنند.)

  فارادی استدلال کرد که جریان الکتریکی قادر است یک قطعه آهن را مغناطیسی کند. آیا یک آهنربا به نوبه خود می تواند جریان الکتریکی ایجاد کند؟

  برای مدت طولانی، این ارتباط پیدا نشد. فکر کردن به چیز اصلی دشوار بود، یعنی: فقط یک آهنربای متحرک یا یک میدان مغناطیسی که در زمان تغییر می کند می تواند جریان الکتریکی را در سیم پیچ تحریک کند.

  اینکه چه نوع حوادثی می تواند از کشف جلوگیری کند، حقیقت زیر را نشان می دهد. تقریباً همزمان با فارادی، کولادون فیزیکدان سوئیسی تلاش می کرد تا با استفاده از آهنربا، جریان الکتریکی را در یک سیم پیچ دریافت کند. هنگام کار از یک گالوانومتر استفاده می کرد که سوزن مغناطیسی سبک آن در داخل سیم پیچ دستگاه قرار می گرفت. برای جلوگیری از تأثیر مستقیم آهنربا بر سوزن، انتهای سیم پیچ، که کولادون آهنربا را به داخل آن فشار داد، به امید اینکه جریانی در آن وارد شود، به اتاق بعدی هدایت شد و در آنجا به گالوانومتر متصل شد. کولادون با قرار دادن آهنربا در سیم پیچ، به اتاق بعدی رفت و با ناراحتی،

  

  مطمئن شوید که گالوانومتر جریان را نشان نمی دهد. اگر او همیشه گالوانومتر را تماشا می کرد و از کسی می خواست که روی آهنربا کار کند، یک کشف قابل توجه انجام می شد. اما این اتفاق نیافتاد. آهنربا در حالت سکون نسبت به سیم پیچ جریانی در آن ایجاد نمی کند.

  پدیده القای الکترومغناطیسی عبارت است از وقوع یک جریان الکتریکی در یک مدار رسانا، که یا در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد که در زمان تغییر می کند، یا در یک میدان مغناطیسی ثابت حرکت می کند به گونه ای که تعداد خطوط القای مغناطیسی نفوذ می کند. تغییرات مدار در 29 آگوست 1831 کشف شد. این یک مورد نادر است که تاریخ یک کشف قابل توجه جدید با این دقت مشخص شود. در اینجا شرح اولین آزمایش ارائه شده توسط خود فارادی است:

  یک سیم مسی به طول 203 فوت روی یک کلاف چوبی عریض پیچیده شده بود و در بین پیچ های آن سیمی به همان طول، اما از اولین نخ پنبه ای عایق بندی شده بود. یکی از این مارپیچ ها به یک گالوانومتر و دیگری به یک باتری قوی متشکل از 100 جفت صفحه وصل بود... وقتی مدار بسته شد، ممکن بود متوجه یک عمل ناگهانی، اما بسیار ضعیف روی گالوانومتر شوید و هنگامی که جریان متوقف شد، متوجه شد. با عبور مداوم جریان از یکی از سیم‌پیچ‌ها، نمی‌توان اثری بر روی گالوانومتر یا به طور کلی اثر القایی روی سیم‌پیچ دیگر مشاهده کرد، علی‌رغم اینکه گرم شدن کل سیم‌پیچ متصل به باتری، و روشنایی جرقه ای که بین زغال سنگ می پرد، گواه قدرت باتری است "(فارادی ام. "تحقیق تجربی در مورد الکتریسیته"، سری 1).

  بنابراین در ابتدا القاء در هادی هایی که نسبت به یکدیگر در هنگام بسته شدن و باز شدن مدار بی حرکت بودند کشف شد. سپس، فارادی با درک واضح اینکه نزدیک شدن یا حذف هادی ها با جریان باید به نتیجه ای مشابه با بسته شدن و باز شدن مدار منجر شود، از طریق آزمایشات ثابت کرد که جریان زمانی ایجاد می شود که سیم پیچ ها یکدیگر را حرکت می دهند.

  

  نسبت به یک دوست فارادی که با آثار آمپر آشنا بود، فهمید که آهنربا مجموعه ای از جریان های کوچک است که در مولکول ها در گردش هستند. در 17 اکتبر، همانطور که در مجله آزمایشگاهی او ثبت شد، یک جریان القایی در سیم پیچ در حین وارد کردن (یا خارج کردن) آهنربا تشخیص داده شد. در عرض یک ماه، فارادی به طور تجربی تمام ویژگی های اساسی پدیده القای الکترومغناطیسی را کشف کرد.

  در حال حاضر آزمایش های فارادی برای همه قابل تکرار است. برای انجام این کار، شما باید دو سیم پیچ، یک آهنربا، یک باتری از عناصر و یک گالوانومتر به اندازه کافی حساس داشته باشید.

  در نصب نشان داده شده در شکل 238، هنگامی که مدار الکتریکی سیم پیچ دیگر که نسبت به اولی ثابت است، بسته یا باز می شود، جریان القایی در یکی از سیم پیچ ها ایجاد می شود. در نصب در شکل 239، یک رئوستات جریان را در یکی از سیم پیچ ها تغییر می دهد. در شکل 240، الف، جریان القایی زمانی ظاهر می شود که سیم پیچ ها نسبت به یکدیگر حرکت می کنند، و در شکل 240، b - زمانی که آهنربای دائمی نسبت به سیم پیچ حرکت می کند.

  خود فارادی قبلاً چیز رایجی را درک کرده بود که ظاهر یک جریان القایی را در آزمایشاتی که از نظر ظاهری متفاوت به نظر می رسد تعیین می کند.

  در یک مدار رسانای بسته، زمانی که تعداد خطوط القایی مغناطیسی که در ناحیه محدود شده توسط این مدار نفوذ می کنند، تغییر می کند، جریان ایجاد می شود. و هر چه تعداد خطوط القای مغناطیسی سریعتر تغییر کند، جریان القایی حاصل بیشتر می شود. در این حالت دلیل تغییر تعداد خطوط القای مغناطیسی کاملاً بی تفاوت است. این می تواند تغییر در تعداد خطوط القای مغناطیسی نفوذ کننده در ناحیه یک مدار رسانای ثابت به دلیل تغییر در قدرت جریان در یک سیم پیچ مجاور (شکل 238) و تغییر در تعداد خطوط القایی به دلیل حرکت مدار در یک میدان مغناطیسی ناهمگن، که چگالی خطوط آن در فضا متفاوت است (شکل 241).