Sähkömagneettisen induktion ilmiö johtuu siitä, että suljetun johtimen piirin tunkeutuvan magneettivuon muutoksen yhteydessä tähän johtimeen muodostuu sähkövirta, joka on olemassa koko magneettivuon muutosprosessin ajan. Sähkömagneettisen induktion ilmiö voidaan havaita seuraavissa tilanteissa:

1. kelan ja magneetin suhteellisella liikkeellä;

2. kun magneettikentän induktio muuttuu piirissä, joka sijaitsee kohtisuorassa magneettikenttälinjoja vastaan.

Tässä kuvassa kela A, joka sisältyy virtalähdepiiriin, työnnetään toiseen kelaan KANSSA joka on kytketty galvanometriin. Käämipiiriä suljettaessa ja avattaessa A rullassa KANSSA muodostuu induktiovirta. Induktiovirtaa esiintyy myös, kun kelan virta muuttuu KANSSA tai kun kelat liikkuvat suhteessa toisiinsa;

3. kun muutetaan jatkuvassa magneettikentässä olevan piirin asentoa.

Piirissä oleva virta voi ilmaantua myös, kun piiri pyörii kestomagneetin kentässä (kuva 1). A), ja kun magneetti itse pyörii piirin sisällä (kuva 1). b).

Sähkömagneettisen induktion löytö on yksi 1800-luvun merkittävimmistä löydöistä. Se aiheutti sähkötekniikan ja radiotekniikan syntymisen ja nopean kehityksen.

Sähkömagneettisen induktion ilmiön pohjalta perustettiin tehokkaita sähköenergiageneraattoreita, joiden kehittämiseen osallistuivat tutkijat ja teknikot eri maista. Heidän joukossaan olivat venäläiset tiedemiehet: Emilius Khristianovitš Lenz, Boris Semenovich Jacobi, Mihail Iosifovich Dolivo-Dobrovolsky ja muut, jotka antoivat suuren panoksen sähkötekniikan kehitykseen.

Faraday löysi sähkömagneettisen induktion vuonna 1831.

Otetaan tämän ilmiön osoittamiseksi kiinteä magneetti ja lankakela, jonka päät liitetään galvanometriin. Jos kela tuodaan lähemmäksi yhtä magneetin napoista, galvanometrin neula poikkeaa liikkeen aikana - kelassa viritetään sähkövirta. Kun kela liikkuu vastakkaiseen suuntaan, virran suunta kääntyy. Sama tapahtuu, jos käännät magneettia 180 astetta muuttamatta kelan liikesuuntaa.

Sähkövirran viritys johtimen liikkuessa magneettikentässä selittyy Lorentzin voiman vaikutuksella, joka syntyy johtimen liikkuessa.

Tarkastellaan tilannetta, jossa kaksi rinnakkaista johtoa AB ja CD ovat kiinni ja oikealla ovat auki. Johtava silta BC voi liukua vapaasti johtoja pitkin. Kun silta liikkuu oikealle nopeudella v, elektronit ja positiiviset ionit liikkuvat sen mukana. Jokaiseen liikkuvaan varaukseen magneettikentässä vaikuttaa Lorentzin voima . Se vaikuttaa alaspäin positiivisiin ioneihin ja ylöspäin negatiivisiin ioneihin. Tämän seurauksena elektronit alkavat liikkua ylöspäin siltaa pitkin, ts. Sen läpi kulkee sähkövirta alaspäin. Jakaessaan varaukset uudelleen ne luovat sähkökentän, joka herättää virtoja muissa ABCD-piirin osissa.

Lorentzin voima F kokeessa toimii ulkoisena voimana, joka herättää sähkövirran.

02. Induktion sähkömotorinen voima(EMF) on skalaarinen fysikaalinen suure, joka kuvaa ulkoisten voimien työtä tasa- tai vaihtovirtalähteissä.

Miinusmerkki sijoitetaan, koska se on kolmannen osapuolen kenttä suunnattu positiivisen piirin ohitusta vastaan.

Arvo lv on ABCD-muodon alueen lisäys aikayksikköä kohti tai tämän alueen lisäysnopeus. Siksi se on yhtä suuri kuin

Sähkömagneettisen induktion peruslaki. (Sähkömagneettisen induktion lain differentiaalinen muoto)

Kun suljettu lanka liikkuu magneettikentässä, siinä virittyy sähkömotorinen voima, joka on verrannollinen lankapiiriin tunkeutuvan magneettivuon kasvunopeuteen.

03. Lenzin sääntö (Le Chatelier'n periaate)

Indusoituneella virralla on aina sellainen suunta, että se heikentää tämän virran kiihottavan syyn toimintaa.

Otetaan magneettikentässä oleva suljettu lankakela, jonka piirin positiivinen suunta muodostaa oikeakätisen järjestelmän kentän suunnan kanssa. Oletetaan, että magneettivuo F kasvaa. Sitten kaavan mukaan
, arvo on negatiivinen, ja kelan indusoitunut virta kulkee negatiiviseen suuntaan. Tällainen virta, joka heikentää ulkoista magneettikenttää, estää magneettivuon kasvun.

Annetaan nyt magneettivuon Ф pienentyä. Sitten arvo muuttuu positiiviseksi ja käämin indusoitunut virta kulkee positiiviseen suuntaan ja estää magneettikentän ja magneettivuon pienenemisen.

04. Johdon induktanssi.

Tarkastellaan ohutta suljettua lankaa, jonka läpi kulkee tasavirta I. Piirretään langan sisälle akselinsa suuntaisesti mielivaltainen suljettu matemaattinen ääriviiva s ja asetetaan siihen positiivinen suunta. Jos avaruudessa ei ole ferrimagneettisia kappaleita, niin B (virran magneettikenttä) ja Ф (magneettivuo) suuruus on verrannollinen virtaan.

tässä on Gaussin yksikköjärjestelmän virranvoimakkuus ja SGSM-järjestelmän virranvoimakkuus.

Itseinduktanssi tai langan itseinduktanssikerroin. Se ei riipu virran voimakkuudesta, se määräytyy vain itse langan koon ja kokoonpanon mukaan.

Elektromagneettinen induktio- ilmiö sähkövirran esiintymisestä suljetussa piirissä, kun sen läpi kulkeva magneettivuo muuttuu. Michael Faraday löysi sähkömagneettisen induktion 29. elokuuta 1831. Hän havaitsi, että suljetussa johtavassa piirissä syntyvä sähkömotorinen voima (EMF) on verrannollinen tämän piirin rajaaman pinnan läpi kulkevan magneettivuon muutosnopeuteen. Sähkömotorisen voiman suuruus ei riipu siitä, mikä aiheuttaa vuonmuutoksen - muutos itse magneettikentässä tai piirin (tai sen osan) liike magneettikentässä. Tämän emf:n aiheuttamaa sähkövirtaa kutsutaan indusoiduksi virraksi.

Tietosanakirja YouTube

• 1 / 5

  Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaan (SI:ssä):

  E = − d Φ B d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi _(B)) \over dt))- mielivaltaisesti valittua ääriviivaa pitkin vaikuttava sähkömotorinen voima, = ∬ S B → ⋅ d S → , (\displaystyle =\iint \limits _(S)(\vec (B))\cdot d(\vec (S)),)- tämän ääriviivan rajoittaman pinnan läpi kulkeva magneettivuo.

  Kaavan miinusmerkki heijastaa Lenzin sääntö, nimetty venäläisen fyysikon E. H. Lenzin mukaan:

  Suljetussa johtavassa piirissä syntyvä indusoitunut virta on sellainen, että sen luoma magneettikenttä vastustaa virran aiheuttanutta magneettivuon muutosta.

  Vaihtuvassa magneettikentässä sijaitsevalle kelalle Faradayn laki voidaan kirjoittaa seuraavasti:

  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)))- sähkömotorinen voima, N (\displaystyle N)- vuorojen määrä, Φ B (\displaystyle \Phi _(B))- magneettivuo yhden kierroksen läpi, Ψ (\displaystyle \Psi )- kelavuon kytkentä.

  Vector muoto

  Differentiaalimuodossa Faradayn laki voidaan kirjoittaa seuraavasti:

  rot E → = − ∂ B → ∂ t (\näyttötyyli \operaattorinimi (rot) \,(\vec (E))=-(\partial (\vec (B)) \over \partial t))(SI-järjestelmässä) rot E → = − 1 c ∂ B → ∂ t (\näyttötyyli \operaattorinimi (rot) \,(\vec (E))=-(1 \over c)(\partial (\vec (B)) \over \ osittainen t))(GHS-järjestelmässä).

  Integroidussa muodossa (vastaa):

  ∮ ∂ 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)

  Tässä E → (\displaystyle (\vec (E)))- sähkökentän voimakkuus, B → (\displaystyle (\vec (B)))- magneettinen induktio, S (\displaystyle S\)- mielivaltainen pinta, - sen raja. Integrointisilmukka ∂ S (\näyttötyyli \osittainen S) oletettu kiinteä (kiinteä).

  On huomattava, että Faradayn laki tässä muodossa luonnollisesti kuvaa vain sitä osaa EMF:stä, joka tapahtuu, kun piirin läpi kulkeva magneettivuo muuttuu johtuen itse kentän muutoksesta ajan kuluessa muuttamatta (siirtämättä) piirin rajoja (esim. kun otetaan huomioon jälkimmäinen, katso alla).

  Jos esimerkiksi magneettikenttä on vakio ja magneettivuo muuttuu piirin rajojen liikkeen vuoksi (esimerkiksi sen pinta-alan kasvaessa), tuloksena olevan EMF:n muodostavat voimat, jotka pitävät varauksia piiri (johtimessa) ja Lorentz-voima, joka syntyy magneettikentän suorasta vaikutuksesta liikkuviin (ääriviivallisiin) varauksiin. Samalla tasa-arvo E = − d Φ / d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi )/dt)) havaitaan edelleen, mutta vasemman puolen EMF ei enää pienene ∮ ⁡ E → ⋅ d l → (\displaystyle \oint (\vec (E))\cdot (\vec (dl)))(joka tässä tietyssä esimerkissä on yleensä nolla). Yleisessä tapauksessa (kun magneettikenttä muuttuu ajan myötä ja piiri liikkuu tai muuttaa muotoa) viimeinen kaava on myös totta, mutta vasemmalla puolella oleva EMF on tässä tapauksessa molempien edellä mainittujen termien summa (eli , se syntyy osittain pyörteen sähkökentästä ja osittain Lorentzin voimasta ja liikkuvan johtimen reaktiovoimasta).

  Mahdollinen muoto

  Kun magneettikenttä ilmaistaan ​​vektoripotentiaalin kautta, Faradayn laki saa muodon:

  E → = − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-(\partial (\vec (A)) \over \partial t))(irrotaatiokentän puuttuessa, eli kun sähkökenttä syntyy kokonaan vain magneettikentän muutoksesta, eli sähkömagneettisesta induktiosta).

  Yleisessä tapauksessa, kun otetaan huomioon irrotaatio (esimerkiksi sähköstaattinen) kenttä, meillä on:

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

  Lisätietoja

  Koska magneettinen induktiovektori määritelmän mukaan ilmaistaan ​​vektoripotentiaalin kautta seuraavasti:

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

  sitten voit korvata tämän lausekkeen sanalla

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

  ja kääntämällä eron aika- ja paikkakoordinaateissa (roottori):

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

  Siksi, koska ∇ × E → (\displaystyle \nabla \times (\vec (E))) on täysin määritetty viimeisen yhtälön oikealla puolella, on selvää, että sähkökentän pyörreosa (osa, jossa on roottori, toisin kuin irrotaatiokentässä ∇ φ (\displaystyle \nabla \varphi )) - on täysin lausekkeen määräämä

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

  Nuo. jos irrotaatio-osaa ei ole, voimme kirjoittaa

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

  ja yleisessä tapauksessa

  E → = − ∇ φ − d A → d t . (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\frac (d(\vec (A)))(dt)).) Vuonna 1831 tuli voitto: hän löysi sähkömagneettisen induktion ilmiön. Asennus, jossa Faraday teki löytönsä, sisälsi Faradayn tekemisen pehmeästä raudasta noin 2 cm leveän ja 20 cm halkaisijaltaan olevan renkaan ja monta kuparilankaa käämitystä renkaan kummallekin puolikkaalle. Yhden käämin piiri suljettiin langalla, sen käännöksissä oli magneettineula, poistettu tarpeeksi, jotta renkaaseen syntyvän magnetismin vaikutus ei vaikuttanut. Galvaanikennojen akusta tuleva virta johdettiin toisen käämin läpi. Kun virta kytkettiin päälle, magneettineula teki useita värähtelyjä ja rauhoittui; kun virta katkesi, neula värähteli uudelleen. Kävi ilmi, että neula poikkesi yhteen suuntaan virran ollessa päällä ja toiseen, kun virta katkesi. M. Faraday totesi, että on mahdollista "muuntaa magnetismi sähköksi" käyttämällä tavallista magneettia.

  Samaan aikaan amerikkalainen fyysikko Joseph Henry suoritti myös menestyksekkäästi kokeita virtojen induktiosta, mutta kun hän oli julkaisemassa kokeidensa tuloksia, M. Faradayn viesti ilmestyi lehdistössä hänen löytämänsä sähkömagneettisen induktion.

  M. Faraday yritti hyödyntää löytämänsä ilmiön hankkiakseen uuden sähkön lähteen.

  Tänään puhumme sähkömagneettisen induktion ilmiöstä. Paljastakaamme, miksi tämä ilmiö löydettiin ja mitä hyötyä siitä oli.

  Silkki

  Ihmiset ovat aina pyrkineet elämään paremmin. Jotkut saattavat ajatella, että tämä on syy syyttää ihmiskuntaa ahneudesta. Mutta usein puhumme kodin perusmukavuuksien hankkimisesta.

  Keskiaikaisessa Euroopassa osattiin tehdä villa-, puuvilla- ja pellavakankaita. Ja jopa tuolloin ihmiset kärsivät ylimääräisestä kirppuista ja täistä. Samaan aikaan kiinalainen sivilisaatio on jo oppinut kutomaan mestarillisesti silkkiä. Siitä valmistetut vaatteet pitivät verenimejät poissa ihmisen iholta. Hyönteisten jalat liukuivat sileän kankaan yli ja täit putosivat pois. Siksi eurooppalaiset halusivat pukeutua silkkiin hinnalla millä hyvänsä. Ja kauppiaat ajattelivat, että tämä oli uusi mahdollisuus rikastua. Siksi Suuri Silkkitie rakennettiin.

  Tämä oli ainoa tapa toimittaa haluttu kangas kärsivään Eurooppaan. Ja niin monet ihmiset olivat mukana prosessissa, että sen seurauksena syntyi kaupunkeja, imperiumit taistelivat oikeudesta periä veroja, ja jotkut reitin osat ovat edelleen kätevin tapa päästä oikeaan paikkaan.

  Kompassi ja tähti

  

  Vuoret ja aavikot olivat silkkivaunujen tiellä. Kävi niin, että alueen luonne pysyi samana viikkoja ja kuukausia. Arodyynit väistyivät samankaltaisille kukkuloille, yksi sola seurasi toista. Ja ihmisten piti jotenkin navigoida voidakseen toimittaa arvokkaan lastinsa.

  Tähdet tulivat ensimmäisenä apuun. Tietäen, mikä päivä tänään on ja mitä tähtikuvioita on odotettavissa, kokenut matkustaja pystyi aina määrittämään, missä etelä on, missä on itä ja minne mennä. Mutta aina ei ollut tarpeeksi ihmisiä, joilla oli riittävästi tietoa. Ja he eivät silloin tienneet kuinka laskea aikaa tarkasti. Auringonlasku, auringonnousu - siinä kaikki maamerkit. Ja lumi- tai hiekkamyrsky, pilvinen sää sulki pois jopa mahdollisuuden nähdä napatähti.

  Sitten ihmiset (luultavasti muinaiset kiinalaiset, mutta tutkijat kiistelevät edelleen tästä) ymmärsivät, että yksi mineraali sijaitsee aina tietyllä tavalla suhteessa pääpisteisiin. Tätä ominaisuutta käytettiin ensimmäisen kompassin luomiseen. Sähkömagneettisen induktion ilmiön löytäminen oli kaukana, mutta alku oli tehty.

  Kompassista magneetiksi

  

  Itse nimi "magneetti" juontaa juurensa toponyymiin. Ensimmäiset kompassit valmistettiin luultavasti Magnesian kukkuloilla louhitusta malmista. Tämä alue sijaitsee Vähässä-Aasiassa. Ja magneetit näyttivät mustilta kiviltä.

  Ensimmäiset kompassit olivat hyvin alkeellisia. Vesi kaadettiin kulhoon tai muuhun astiaan, ja päälle asetettiin ohut kelluvaa materiaalia oleva kiekko. Ja magnetoitu nuoli asetettiin levyn keskelle. Toinen pää osoitti aina pohjoiseen, toinen etelään.

  On vaikea kuvitella, että karavaani säästi vettä kompassia varten, kun ihmiset kuolivat janoon. Mutta tiellä pysyminen ja ihmisten, eläinten ja tavaroiden turvallisuuden saaminen oli tärkeämpää kuin useita yksittäisiä henkiä.

  Kompassit tekivät monia matkoja ja kohtasivat erilaisia ​​luonnonilmiöitä. Ei ole yllättävää, että sähkömagneettisen induktion ilmiö löydettiin Euroopassa, vaikka magneettimalmia louhittiin alun perin Aasiassa. Tällä monimutkaisella tavalla eurooppalaisten halu nukkua mukavammin johti suureen fysiikan löydöön.

  Magneettinen vai sähköinen?

  

  1800-luvun alussa tiedemiehet keksivät, kuinka tuottaa tasavirtaa. Ensimmäinen primitiivinen akku luotiin. Se riitti lähettää elektronivirran metallijohtimien läpi. Ensimmäisen sähkönlähteen ansiosta tehtiin useita löytöjä.

  Vuonna 1820 tanskalainen tiedemies Hans Christian Oersted huomasi, että magneettinen neula poikkeaa verkkoon kytketyn johtimen läheltä. Kompassin positiivinen napa sijaitsee aina tietyllä tavalla suhteessa virran suuntaan. Tiedemies suoritti kokeita kaikissa mahdollisissa geometrioissa: johdin oli nuolen ylä- tai alapuolella, ne sijaitsivat yhdensuuntaisesti tai kohtisuorassa. Tulos oli aina sama: päälle kytketty virta sai magneetin liikkeelle. Näin odotettiin sähkömagneettisen induktion ilmiön löytämistä.

  

  Mutta tutkijoiden ajatus on vahvistettava kokeella. Välittömästi Oerstedin kokeen jälkeen englantilainen fyysikko Michael Faraday kysyi: "Vaikuttavatko magneetti- ja sähkökentät yksinkertaisesti toisiinsa vai ovatko ne läheisemmin sukua?" Tiedemies testasi ensimmäisenä oletuksen, että jos sähkökenttä saa magnetisoidun kohteen poikkeamaan, magneetin pitäisi tuottaa virtaa.

  Kokeellinen suunnittelu on yksinkertainen. Nyt kuka tahansa koululainen voi toistaa sen. Ohut metallilanka kierrettiin jousen muotoon. Sen päät yhdistettiin laitteeseen, joka tallensi virran. Kun magneetti liikkui kelan lähellä, laitteen nuoli osoitti sähkökentän jännitteen. Siten johdettiin Faradayn sähkömagneettisen induktion laki.

  Kokeiden jatkoa

  Mutta se ei ole kaikki, mitä tiedemies teki. Koska magneetti- ja sähkökentät liittyvät läheisesti toisiinsa, oli tarpeen selvittää kuinka paljon.

  Tätä varten Faraday toimitti virran yhteen käämiin ja työnsi sen toisen samanlaisen käämin sisään, jonka säde oli suurempi kuin ensimmäinen. Jälleen kerran syntyi sähkö. Siten tiedemies todisti: liikkuva varaus synnyttää sekä sähkö- että magneettikenttiä samanaikaisesti.

  On syytä korostaa, että puhumme magneetin tai magneettikentän liikkeestä jousen suljetun silmukan sisällä. Eli virtauksen täytyy muuttua koko ajan. Jos näin ei tapahdu, virtaa ei synny.

  Kaava

  Faradayn laki sähkömagneettiselle induktiolle ilmaistaan ​​kaavalla

  Selvitetään symbolit.

  ε tarkoittaa emf:tä tai sähkömotorista voimaa. Tämä suure on skalaarinen (eli ei vektori), ja se osoittaa työn, jota tietyt luonnonvoimat tai lait soveltavat virran luomiseen. On huomattava, että työn on välttämättä suoritettava ei-sähköiset ilmiöt.

  Φ on suljetun silmukan läpi kulkeva magneettivuo. Tämä arvo on kahden muun tulo: magneettisen induktiovektorin B suuruus ja suljetun silmukan pinta-ala. Jos magneettikenttä ei toimi tiukasti kohtisuorassa ääriviivaan nähden, niin tuotteeseen lisätään vektorin B ja pinnan normaalin välisen kulman kosini.

  Löydön seuraukset

  

  Tätä lakia seurasivat muut. Myöhemmät tutkijat totesivat sähkövirran voimakkuuden riippuvuuden tehosta ja resistanssista johdinmateriaalista. Uusia ominaisuuksia tutkittiin ja luotiin uskomattomia seoksia. Lopulta ihmiskunta selvitti atomin rakenteen, syventyi tähtien syntymän ja kuoleman mysteeriin ja paljasti elävien olentojen genomin.

  Ja kaikki nämä saavutukset vaativat valtavan määrän resursseja ja ennen kaikkea sähköä. Kaikki tuotanto tai laajamittainen tieteellinen tutkimus tehtiin siellä, missä oli saatavilla kolme komponenttia: pätevä henkilökunta, itse materiaali työskentelyyn ja halpa sähkö.

  Ja tämä oli mahdollista siellä, missä luonnonvoimat saattoivat antaa suuren vääntömomentin roottoriin: joet, joilla oli suuret korkeuserot, laaksot, joissa oli voimakkaita tuulia, vikoja, joissa oli ylimääräistä geomagneettista energiaa.

  On mielenkiintoista, että nykyaikainen sähköntuotantomenetelmä ei pohjimmiltaan eroa Faradayn kokeista. Magneettinen roottori pyörii erittäin nopeasti suuren lankakelan sisällä. Käämin magneettikenttä muuttuu koko ajan ja syntyy sähkövirtaa.

  Luonnollisesti magneetille ja johtimille on valittu paras materiaali, ja koko prosessin tekniikka on täysin erilainen. Mutta pointti on yksi asia: käytetään yksinkertaisimmassa järjestelmässä löydettyä periaatetta.

  Oerstedin ja Amperen löytöjen jälkeen kävi selväksi, että sähköllä on magneettinen voima. Nyt oli tarpeen vahvistaa magneettisten ilmiöiden vaikutus sähköisiin. Faraday ratkaisi tämän ongelman loistavasti.

  Michael Faraday (1791-1867) syntyi Lontoossa, yhdessä sen köyhimmistä osista. Hänen isänsä oli seppä ja äitinsä vuokralaisen tytär. Kun Faraday saavutti kouluiän, hänet lähetettiin alakouluun. Faradayn täällä suorittama kurssi oli hyvin kapea ja rajoittui vain lukemisen, kirjoittamisen ja laskemisen oppimiseen.

  Muutaman askeleen päässä talosta, jossa Faradayn perhe asui, oli kirjakauppa, joka oli myös kirjansidontalaitos. Tänne Faraday päätyi peruskoulun suoritettuaan, kun hänelle heräsi kysymys ammatin valinnasta. Michael oli tuolloin vain 13-vuotias. Jo nuoruudessaan, kun Faraday oli vasta aloittamassa itsekasvatusta, hän pyrki luottamaan yksinomaan tosiasioihin ja vahvistamaan muiden viestit omilla kokemuksillaan.

  Nämä pyrkimykset hallitsivat häntä koko hänen elämänsä tieteellisen toimintansa pääpiirteinä.Faraday aloitti fysikaalisten ja kemiallisten kokeiden tekemisen jo lapsena, kun hän tutustui fysiikkaan ja kemiaan. Eräänä päivänä Michael osallistui suuren englantilaisen fyysikon Humphry Davyn luennoille.

  Faraday teki yksityiskohtaisen muistiinpanon luennosta, sidoi sen ja lähetti sen Davylle. Hän oli niin vaikuttunut, että hän kutsui Faradayn työskentelemään kanssaan sihteerinä. Pian Davy lähti matkalle Eurooppaan ja otti Faradayn mukaansa. Kahden vuoden aikana he vierailivat Euroopan suurimmissa yliopistoissa.

  Palattuaan Lontooseen vuonna 1815 Faraday aloitti työskentelyn assistenttina yhdessä Lontoon kuninkaallisen instituutin laboratorioista. Se oli tuolloin yksi maailman parhaista fysiikan laboratorioista.Vuodesta 1816 vuoteen 1818 Faraday julkaisi useita pieniä muistiinpanoja ja lyhyitä muistelmia kemiasta. Faradayn ensimmäinen fysiikan teos juontaa juurensa 1818.

  Perustuen edeltäjiensä kokemuksiin ja yhdistämällä useita omia kokemuksiaan Michael julkaisi syyskuuhun 1821 mennessä "Sähkömagnetismin edistymisen historian". Jo tällä hetkellä hän muodosti täysin oikean käsityksen magneettisen neulan taipumisilmiön olemuksesta virran vaikutuksesta.

  Saavutettuaan tämän menestyksen Faraday jätti opinnot sähköalalla kymmeneksi vuodeksi omistautuen useiden erilaisten aiheiden tutkimiseen. Vuonna 1823 Faraday teki yhden tärkeimmistä löydöistä fysiikan alalla - hän oli ensimmäinen, joka nesteytti kaasun ja loi samalla yksinkertaisen, mutta tehokkaan menetelmän kaasujen muuttamiseksi nesteeksi. Vuonna 1824 Faraday teki useita löytöjä fysiikan alalla.

  Hän totesi muun muassa, että valo vaikuttaa lasin väriin ja muuttaa sitä. Seuraavana vuonna Faraday kääntyi jälleen fysiikasta kemiaan, ja hänen työnsä tuloksena tällä alalla oli bensiinin ja rikki-naftaleenihapon löytäminen.

  Vuonna 1831 Faraday julkaisi tutkielman "Special Kind of Optical Illusion", joka toimi perustana erinomaiselle ja uteliaalle optiselle ammukselle nimeltä "kromotrooppi". Samana vuonna julkaistiin toinen tutkijan tutkielma "Värinälevyillä". Monet näistä teoksista voisivat itse ikuistaa tekijänsä nimen. Faradayn tieteellisistä töistä tärkeimmät ovat kuitenkin hänen tutkimuksensa sähkömagnetismin ja sähköinduktion alalla.

  Tarkkaan ottaen tärkeän fysiikan haaran, joka käsittelee sähkömagnetismin ja induktiivisen sähkön ilmiöitä ja jolla on tällä hetkellä niin valtava merkitys tekniikalle, loi Faraday tyhjästä.

  Kun Faraday vihdoin omistautui sähköalan tutkimukselle, todettiin, että tavallisissa olosuhteissa sähköistetyn kappaleen läsnäolo riittää herättämään sähkön missä tahansa muussa kappaleessa. Samalla tiedettiin, että johto, jonka läpi virta kulkee ja joka myös edustaa sähköistettyä kappaletta, ei vaikuta muihin lähellä oleviin johtimiin.

  Mikä tämän poikkeuksen aiheutti? Tämä on kysymys, joka kiinnosti Faradaya ja jonka ratkaisu johti hänet tärkeimpiin löytöihin induktiosähkön alalla. Kuten hänen tapansa, Faraday aloitti sarjan kokeita, joiden tarkoituksena oli selvittää asian ydin.

  Faraday kietoi kaksi eristettyä johdinta rinnakkain samaan puiseen kaulimeen. Hän liitti yhden johdon päät kymmenen kennon akkuun ja toisen päät herkkään galvanometriin. Kun virta kuljetettiin ensimmäisen johdon läpi,

  Faraday käänsi kaiken huomionsa galvanometriin ja odotti huomaavansa sen värähtelyistä virran esiintymisen toisessa johdossa. Mitään sen kaltaista ei kuitenkaan tapahtunut: galvanometri pysyi rauhallisena. Faraday päätti lisätä virran voimakkuutta ja otti piiriin 120 galvaanista elementtiä. Tulos oli sama. Faraday toisti tämän kokeen kymmeniä kertoja ja edelleen samalla menestyksellä.

  Kuka tahansa muu hänen sijastaan ​​olisi jättänyt kokeet vakuuttuneeksi siitä, että johdon läpi kulkevalla virralla ei ole vaikutusta viereiseen johtoon. Mutta Faraday yritti aina poimia kokeistaan ​​ja havainnoistaan ​​kaiken, mitä he voivat antaa, ja siksi, koska hän ei saanut suoraa vaikutusta galvanometriin kytkettyyn johtoon, hän alkoi etsiä sivuvaikutuksia.

  Hän huomasi heti, että galvanometri, joka pysyi täysin rauhallisena koko virran kulun ajan, alkaa värähdellä, kun itse piiri suljetaan ja kun se avataan. Kävi ilmi, että sillä hetkellä, kun virta johdetaan ensimmäiseen johtimeen, ja myös kun tämä lähetys pysähtyy, viritetään toisen johdon aikana myös virta, joka ensimmäisessä tapauksessa on päinvastainen kuin ensimmäinen virta ja sama sen kanssa toisessa tapauksessa ja kestää vain yhden hetken.

  Faraday kutsui näitä ensiövirtojen vaikutuksesta johtuvia sekundaarisia hetkellisiä virtoja induktiivisiksi, ja tämä nimi on säilynyt heillä tähän päivään asti. Induktiivisilla virroilla, jotka ovat välittömiä ja katoavat välittömästi ilmestymisensä jälkeen, ei olisi käytännön merkitystä, ellei Faraday olisi löytänyt tapaa nerokkaan laitteen (kommutaattorin) avulla jatkuvasti katkaista ja johtaa uudelleen akusta tulevaa ensiövirtaa. ensimmäistä johtoa pitkin, minkä ansiosta toinen lanka viritetään jatkuvasti uusilla ja uusilla induktiivisilla virroilla muuttuen siten vakioksi. Siten löydettiin uusi sähköenergian lähde aiemmin tunnettujen (kitka- ja kemialliset prosessit) lisäksi - induktio ja tämän energian uusi tyyppi - induktiivinen sähkö.

  Jatkaessaan kokeitaan Faraday havaitsi lisäksi, että pelkkä suljettuun käyrään kierretyn johdon tuominen lähelle toista, jonka läpi galvaaninen virta kulkee, riittää herättämään nollajohtimessa olevan induktiivisen virran päinvastaiseen suuntaan kuin galvaaninen virta. nollajohdin herättää siinä taas induktiivisen virran.virta on jo samansuuntainen kuin paikallaan olevaa johdinta pitkin kulkeva galvaaninen virta ja että lopulta nämä induktiiviset virrat virittyvät vasta johtimen lähestyessä ja irrottaessaan johtimeen galvaanisesta virrasta, ja ilman tätä liikettä virrat eivät kiihdy, vaikka johdot olisivat kuinka lähellä toisiaan .

  Siten löydettiin uusi ilmiö, joka on samanlainen kuin edellä kuvattu induktioilmiö, kun galvaaninen virta sulkeutuu ja pysähtyy. Nämä löydöt puolestaan ​​synnyttivät uusia. Jos on mahdollista saada aikaan induktiivinen virta oikosulkemalla ja pysäyttämällä galvaaninen virta, niin eikö sama tulos saavutettaisiin magnetoimalla ja demagnetoimalla rauta?

  Oerstedin ja Amperen työ oli jo vahvistanut magnetismin ja sähkön välisen suhteen. Tiedetään, että raudasta tulee magneetti, kun sen ympärille kierretään eristetty lanka ja galvaaninen virta kulkee sen läpi, ja että tämän raudan magneettiset ominaisuudet lakkaavat heti virran pysähtyessä.

  Tämän perusteella Faraday teki tällaisen kokeen: kaksi eristettyä johtoa kiedottiin rautarenkaan ympärille; yksi lanka on kiedottu renkaan toisen puoliskon ympärille ja toinen toisen ympärille. Galvaanisesta akusta tuleva virta johdettiin yhden johdon läpi ja toisen päät yhdistettiin galvanometriin. Ja niin, kun virta sulkeutui tai pysähtyi ja kun sen seurauksena rautarengas magnetisoitiin tai demagnetoitiin, galvanometrin neula värähteli nopeasti ja pysähtyi sitten nopeasti, eli nollajohtimessa herätettiin samat hetkelliset induktiiviset virrat - tällä kertaa: jo magnetismin vaikutuksen alaisena.

  Näin ollen täällä ensimmäistä kertaa magnetismi muutettiin sähköksi. Saatuaan nämä tulokset Faraday päätti monipuolistaa kokeitaan. Rautarenkaan sijasta hän alkoi käyttää rautanauhaa. Sen sijaan, että se olisi jännittänyt raudan magnetismia galvaanisella virralla, hän magnetoi raudan koskettamalla sitä kestoteräsmagneettiin. Tulos oli sama: aina raudan ympärille kiedottu lanka! raudan magnetoitumis- ja demagnetoitumishetkellä virittyi virta.

  Sitten Faraday laittoi teräsmagneetin lankaspiraaliin - jälkimmäisen lähestyminen ja poistaminen aiheutti indusoituneita virtoja langassa. Sanalla sanoen magnetismi, jännittävien induktiovirtojen merkityksessä, toimi täsmälleen samalla tavalla kuin galvaaninen virta.

  Tuolloin fyysikot olivat erittäin kiinnostuneita yhdestä salaperäisestä ilmiöstä, jonka Arago löysi vuonna 1824 ja jota ei kuitenkaan voitu selittää; se tosiasia, että tätä selitystä etsivät kiihkeästi sellaiset aikansa erinomaiset tiedemiehet kuin Arago itse, Ampère, Poisson, Babage ja Herschel.

  Pointti oli seuraava. Vapaasti roikkuva magneettinen neula pysähtyy nopeasti, jos sen alle asetetaan ympyrä ei-magneettista metallia; Jos ympyrä sitten laitetaan pyörimään, magneettineula alkaa liikkua sen takana.

  Rauhallisessa tilassa oli mahdotonta havaita pienintäkään vetovoimaa tai hylkimistä ympyrän ja nuolen välillä, kun taas sama ympyrä liikkeessä veti taakseen paitsi kevyen nuolen, myös raskaan magneetin. Tämä todella ihmeellinen ilmiö vaikutti silloisille tiedemiehille mysteeriltä mysteeriltä, ​​jostakin luonnon rajojen ulkopuolella.

  Faraday teki yllä olevien tietojen perusteella oletuksen, että ei-magneettista metallia olevaa ympyrää magneetin vaikutuksesta pyörii pyörimisen aikana induktiiviset virrat, jotka vaikuttavat magneettiseen neulaan ja vetävät sitä magneettia pitkin.

  Ja todellakin, ottamalla käyttöön ympyrän reuna suuren hevosenkenkämagneetin napojen väliin ja yhdistämällä ympyrän keskustan ja reunan galvanometrillä langalla, Faraday sai jatkuvan sähkövirran ympyrän pyöriessä.

  Tämän jälkeen Faraday keskittyi toiseen ilmiöön, joka silloin herätti yleistä uteliaisuutta. Kuten tiedät, jos ripottelet rautaviilaa magneetille, ne ryhmittyvät tiettyjä linjoja pitkin, joita kutsutaan magneettisiksi käyriksi. Faraday kiinnitti huomiota tähän ilmiöön ja antoi vuonna 1831 perustan magneettisille käyrälle nimeksi "magneettisen voiman linjat", joka sitten tuli yleiseen käyttöön.

  Näiden "linjojen" tutkiminen johti Faradayn uuteen löytöyn; kävi ilmi, että indusoituneiden virtojen virittämiseksi lähteen lähestyminen ja etäisyys magneettinapasta eivät ole välttämättömiä. Virtojen herättämiseksi riittää, että magneettivoimaviivat ylitetään tunnetulla tavalla.

  Faradayn jatkotyö mainitussa suunnassa sai nykyajan näkökulmasta aivan ihmeellisen luonteen. Vuoden 1832 alussa hän esitteli laitetta, jossa induktiiviset virrat viritettiin ilman magneetin tai galvaanisen virran apua.

  Laite koostui rautanauhasta, joka oli asetettu lankakelaan. Tämä laite ei tavallisissa olosuhteissa antanut pienintäkään merkkiä virtojen esiintymisestä siinä; mutta heti kun sille annettiin magneettineulan suuntaa vastaava suunta, johdossa virittyi virta.

  Sitten Faraday antoi magneettineulan paikan yhdelle kelalle ja laittoi sitten rautanauhan siihen: virta kiihtyi jälleen. Syynä virran aiheuttamiseen näissä tapauksissa oli maallinen magnetismi, joka aiheutti induktiivisia virtoja kuten tavallinen magneetti tai galvaaninen virta. Osoittaakseen ja todistaakseen tämän selkeämmin Faraday suoritti toisen kokeen, joka vahvisti täysin hänen huomionsa.

  Hän perusteli, että jos ei-magneettinen metalli, kuten kupari, pyörivä ympyrä, joka pyörii asennossa, jossa se leikkaa viereisen magneetin magneettisen voiman linjat, tuottaa induktiivisen virran, niin sama ympyrä pyörii ilman magneetti, mutta asennossa, jossa ympyrä ylittää maallisen magnetismin linjat, on myös annettava induktiivinen virta.

  Ja todellakin, vaakatasossa pyörivä kupariympyrä tuotti induktiivisen virran, joka aiheutti galvanometrin neulan huomattavan taipuman. Faraday päätti tutkimussarjansa sähköisen induktion alalla vuonna 1835 tehdyllä löydöllä "virran induktiivisesta vaikutuksesta itseensä".

  Hän havaitsi, että kun galvaaninen virta suljetaan tai avataan, itse johdossa viritetään hetkellisiä induktiivisia virtoja, jotka toimivat tämän virran johtimena.

  Venäläinen fyysikko Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) antoi säännön induktiovirran suunnan määrittämiseksi. "Induktiovirta on aina suunnattu siten, että sen luoma magneettikenttä vaikeuttaa tai estää induktion aiheuttavan liikkeen", toteaa A.A. Korobko-Stefanov artikkelissaan sähkömagneettisesta induktiosta. - Esimerkiksi kun kela lähestyy magneettia, syntyvä indusoitunut virta on sellaisessa suunnassa, että sen luoma magneettikenttä on vastakkainen magneetin magneettikentän kanssa. Tämän seurauksena kelan ja magneetin välille syntyy hylkiviä voimia.

  Lenzin sääntö seuraa energian säilymisen ja muuntamisen laista. Jos indusoidut virrat kiihdyttäisivät liikettä, joka aiheutti ne, työ syntyisi tyhjästä. Itse kela ryntäisi kevyen painalluksen jälkeen kohti magneettia ja samalla induktiovirta vapauttaisi siitä lämpöä. Todellisuudessa indusoitunut virta syntyy magneetin ja kelan lähentämisestä.

  Miksi indusoitunut virta syntyy? Syvän selityksen sähkömagneettisen induktion ilmiöstä antoi englantilainen fyysikko James Clerk Maxwell, täydellisen sähkömagneettisen kentän matemaattisen teorian luoja.

  Ymmärtääksesi paremmin asian ydintä, harkitse hyvin yksinkertaista kokeilua. Olkoon kela koostuva yhdestä johdinkierroksesta ja läpäistävä sen vuorottelevan magneettikentän avulla, joka on kohtisuorassa kierron tasoon nähden. Indusoitunut virta syntyy luonnollisesti kelassa. Maxwell tulkitsi tämän kokeen poikkeuksellisen rohkeasti ja odottamatta.

  Kun magneettikenttä muuttuu avaruudessa, Maxwellin mukaan syntyy prosessi, jolle lankakelan läsnäololla ei ole merkitystä. Tärkeintä tässä on suljettujen rengasmaisten sähkökenttälinjojen syntyminen, jotka peittävät muuttuvan magneettikentän. Tuloksena olevan sähkökentän vaikutuksesta elektronit alkavat liikkua ja kelaan syntyy sähkövirta. Kela on yksinkertaisesti laite, joka havaitsee sähkökentän.

  Sähkömagneettisen induktion ilmiön ydin on, että vaihtuva magneettikenttä muodostaa aina sähkökentän suljetuilla voimalinjoilla ympäröivään tilaan. Tällaista kenttää kutsutaan pyörrekenttään."

  Maamagnetismin tuottaman induktion alan tutkimus antoi Faradaylle mahdollisuuden ilmaista ajatus lennättimestä jo vuonna 1832, joka sitten muodosti tämän keksinnön perustan. Yleisesti ottaen sähkömagneettisen induktion löytöä ei turhaan pidetä yhtenä 1800-luvun merkittävimmistä löydöistä - miljoonien sähkömoottoreiden ja sähkövirtageneraattoreiden työ eri puolilla maailmaa perustuu tähän ilmiöön...

  Tietolähde: Samin D.K. "Sata suurta tieteellistä löytöä". M.: "Veche", 2002.