O livro de física para o grau IX dá uma breve excursão na história da descoberta da lei em questão. A revisão deve ser complementada. Estamos falando de uma lei fundamental da natureza, e você precisa revelar todos os seus aspectos no processo de se tornar. A história do processo de busca da lei de Faraday é especialmente instrutiva, e não há necessidade de perder tempo aqui.
Michael Faraday nasceu em 1791 nos arredores de Londres na família de um ferreiro. Seu pai não tinha meios para pagar seus estudos e, aos 13 anos, Faraday foi forçado a começar a estudar encadernação. Felizmente, ele foi aprendiz de um dono de livraria. Um menino curioso lia avidamente, e não uma literatura fácil. Ele foi atraído pelos artigos de ciências naturais na Encyclopædia Britannica, ele estudou os Discourses on Chemistry de Marte. Em 1811, Faraday começou a assistir a palestras públicas sobre física do conhecido educador londrino Tatum.
O ponto de virada na vida de Faraday foi 1812. Cliente do dono de uma livraria, membro do Royal Institute, Dance recomendou que o jovem ouvisse as palestras do famoso químico Gamfrn Davy. Faraday seguiu um bom conselho; ele escutou avidamente e tomou notas cuidadosas. A conselho do mesmo Dance, ele processou as notas e as enviou a Davy, acrescentando um pedido de oportunidade de trabalho de pesquisa. Em 1813, Faraday conseguiu um emprego como assistente de laboratório no laboratório químico do Royal Institute, liderado por Davy.
No início, Faraday é um químico. Ele rapidamente segue o caminho da criatividade independente, e o orgulho de Devi muitas vezes sofre com o sucesso do aluno. Em 1820, Faraday soube da descoberta de Oersted e, desde então, seus pensamentos absorveram eletricidade e magnetismo. Ele começa sua famosa pesquisa experimental, que levou à transformação do pensamento físico. Em 1823, Faraday foi eleito membro da Royal Society of London e, em seguida, nomeado diretor dos laboratórios físicos e químicos do Royal Institute. As maiores descobertas foram feitas dentro das paredes desses laboratórios. A vida de Faraday, aparentemente monótona, é impressionante em sua tensão criativa. É evidenciado pela obra de três volumes "Pesquisa Experimental sobre Eletricidade", que reflete passo a passo o caminho criativo de um gênio.
Em 1820, Faraday apresentou um problema fundamentalmente novo: "transformar magnetismo em eletricidade". Isso foi logo após a descoberta da ação magnética das correntes. No experimento de Oersted, uma corrente elétrica atua em um ímã. Como, segundo Faraday, todas as forças da natureza são interconversíveis, é possível, ao contrário, excitar uma corrente elétrica por força magnética.
Faraday liquefaz gases, faz análises químicas finas, descobre novas propriedades químicas de substâncias. Mas sua mente está incansavelmente ocupada com o problema proposto. Em 1822, ele descreve uma tentativa de detectar um "estado" devido ao fluxo de corrente: "polarizar um feixe de luz de uma lâmpada por reflexão e tentar descobrir se a água localizada entre os pólos de uma bateria voltaica em um recipiente de vidro tem um efeito despolarizante..." Faraday esperava assim obter algumas informações sobre as propriedades da corrente. Mas a experiência não deu nada. Em seguida vem 1825. Faraday publica o artigo "Corrente eletromagnética (sob a influência de um ímã)", no qual expressa o seguinte pensamento. Se a corrente atua no ímã, ele deve sofrer uma reação. “Por várias razões”, escreve Faraday, “foi feita a suposição de que a aproximação do pólo de um ímã forte reduziria a corrente elétrica”. E ele descreve uma experiência que concretiza essa ideia.
Um diário datado de 28 de novembro de 1825 descreve uma experiência semelhante. A bateria de células galvânicas foi conectada por um fio. Paralelo a este fio havia outro (os fios eram separados por uma dupla camada de papel), cujas extremidades eram conectadas a um galvanômetro. Faraday parecia raciocinar assim. Se a corrente é o movimento de um fluido elétrico e esse movimento atua sobre um ímã permanente - um conjunto de correntes (segundo a hipótese de Ampère), então o fluido em movimento em um condutor deve fazer o imóvel se mover no outro, e o galvanômetro deve fixar a corrente. As “várias considerações” sobre as quais Faraday escreveu ao apresentar o primeiro experimento se resumiam à mesma coisa, só que ali era esperada a reação de um fluido elétrico movendo-se em um condutor a partir das correntes moleculares de um ímã permanente. Mas os experimentos deram um resultado negativo.
A solução veio em 1831, quando Faraday sugeriu que a indução deveria ocorrer com um processo não estacionário. Essa foi a ideia-chave que levou à descoberta do fenômeno da indução eletromagnética.
É possível que uma mensagem recebida da América o tenha forçado a se voltar para a ideia de mudar a corrente. A notícia veio do físico americano Joseph Henry (1797 - 1878).
Em sua juventude, Henry não mostrou habilidade excepcional nem interesse pela ciência. Cresceu na pobreza, foi lavrador, ator. Assim como Faraday, ele se educa. Começou a estudar aos 16 anos na Albany Academy. Em sete meses, adquiriu tanto conhecimento que conseguiu um emprego como professor em uma escola rural. Henry então trabalhou para o professor de química Beck como assistente de palestras. Ele combinou o trabalho com os estudos na academia. Depois de concluir o curso, Henry foi nomeado engenheiro e inspetor do Canal Erie. Alguns meses depois, ele deixou essa posição lucrativa, aceitando um convite para o cargo de professor de matemática e física em Albany. Nessa época, o inventor inglês William Sturgeon (1783 - 1850) relatou sua invenção de um ímã em forma de ferradura capaz de levantar um corpo de aço de até quatro quilos.
Henry se interessou pelo eletromagnetismo. Ele imediatamente encontrou uma maneira de aumentar a sustentação para uma tonelada. Isso foi conseguido por uma nova técnica na época: em vez de isolar o corpo do ímã, o fio foi isolado. Uma maneira de criar enrolamentos multicamadas foi descoberta. Em 1831, Henry mostrou a possibilidade de construir um motor elétrico, inventou um relé eletromagnético e, com sua ajuda, demonstrou a transmissão de sinais elétricos à distância, antecipando a invenção de Morse (o telégrafo de Morse apareceu em 1837).
Como Faraday, Henry se propôs a obter uma corrente elétrica usando um ímã. Mas esta foi a afirmação do problema do inventor. E a busca foi guiada pela pura intuição. A descoberta ocorreu alguns anos antes dos experimentos de Faraday. A configuração do experimento-chave de Henry é mostrada na Figura 9. Aqui tudo é o mesmo que foi mostrado até agora. Só que preferimos um acumulador mais conveniente a uma célula galvânica e, em vez de balanças de torção, usamos um galvanômetro.
Mas Henry não contou a ninguém sobre essa experiência. “Eu deveria ter impresso isso antes”, disse ele contritamente aos amigos, “mas tive tão pouco tempo! Eu queria trazer os resultados para algum tipo de sistema.”(ênfase minha.- NO. D.). E a falta de educação regular e ainda mais - o espírito utilitário-inventivo da ciência americana desempenhou um papel ruim. Henry, é claro, não entendeu e não sentiu a profundidade e a importância da nova descoberta. Caso contrário, é claro, ele teria informado o mundo científico sobre o maior fato. Mantendo silêncio sobre os experimentos de indução, Henry imediatamente enviou uma mensagem quando conseguiu levantar uma tonelada inteira com um eletroímã.
Esta é a mensagem que Faraday recebeu. Talvez tenha servido como o último elo da cadeia de inferências que levou à ideia-chave. No experimento de 1825, dois fios foram separados com papel. Deveria ter havido uma indução, mas não foi detectada devido à fraqueza do efeito. Henry mostrou que em um eletroímã o efeito é grandemente aumentado pelo uso de um enrolamento multicamada. Portanto, a indução deve aumentar se a ação indutiva for transmitida por um grande comprimento. De fato, um ímã é uma coleção de correntes. A excitação da magnetização em uma barra de aço quando uma corrente passa pelo enrolamento é a indução da corrente pela corrente. Aumenta se o caminho da corrente através do enrolamento se tornar mais longo.
Essa é a possível cadeia de conclusões lógicas de Faraday. Aqui está uma descrição completa da primeira experiência bem sucedida: “Duzentos e três pés de fio de cobre em uma peça foram enrolados em um grande tambor de madeira; outros duzentos e três pés do mesmo fio foram colocados em espiral entre as espiras do primeiro enrolamento, o contato metálico sendo removido em toda parte por meio de um cordão. Uma dessas bobinas estava conectada a um galvanômetro e a outra a uma bateria bem carregada de cem pares de placas quadradas de quatro polegadas com placas duplas de cobre. Quando o contato foi fechado, houve uma ação repentina, mas muito fraca no galvanômetro, e uma ação fraca similar ocorreu quando o contato com a bateria foi aberto.
Esta foi a primeira experiência que deu um resultado positivo após uma década de buscas. Faraday estabelece que ao fechar e abrir, surgem correntes de indução de direções opostas. Ele então passa a estudar o efeito do ferro na indução.
“Um anel foi soldado de barra redonda, ferro macio; a espessura do metal era de sete ou oito polegadas, e o diâmetro externo do anel era de seis polegadas. Três bobinas foram enroladas em uma parte desse anel, cada uma contendo cerca de sete metros de fio de cobre com um vigésimo de polegada de espessura. As espirais eram isoladas do ferro e umas das outras e sobrepostas umas às outras... Elas podiam ser usadas separadamente e em combinação; este grupo é rotulado MAS(Fig. 10). Na outra parte do anel, cerca de vinte metros do mesmo fio de cobre foi enrolado da mesma forma, em dois pedaços, formando uma espiral. NO, que tinha a mesma direção que as espirais MAS, mas foi separado deles em cada extremidade por cerca de meia polegada por ferro nu.
Espiral NO conectado por fios de cobre a um galvanômetro colocado a uma distância de três pés do anel. Espirais separadas MAS conectadas de ponta a ponta de modo a formar uma espiral comum, cujas extremidades eram conectadas a uma bateria de dez pares de placas de quatro polegadas quadradas. O galvanômetro reagiu imediatamente, e com muito mais força do que foi observado acima, ao usar uma espiral dez vezes mais potente sem ferro.
Por fim, Faraday faz um experimento com o qual geralmente se inicia a apresentação da questão da indução eletromagnética. Esta foi uma repetição exata da experiência de Henry descrita na Figura 9.
O problema colocado por Faraday em 1820 foi resolvido: o magnetismo foi convertido em eletricidade.
Primeiro, Faraday distingue a indução de corrente de corrente (ele a chama de “indução volta-elétrica” e corrente de um ímã (“indução magneto-elétrica”), mas depois mostra que todos os casos estão sujeitos a um padrão geral.
A lei da indução eletromagnética abrangeu outro grupo de fenômenos, que mais tarde recebeu o nome de fenômenos de auto-indução. Faraday chamou o novo fenômeno da seguinte forma: "O efeito indutivo de uma corrente elétrica sobre si mesma".
Esta questão surgiu em conexão com o seguinte fato relatado a Faraday em 1834 por Jenkin. Este fato foi o seguinte. Duas placas de uma bateria galvânica são conectadas por um fio curto. Ao mesmo tempo, o experimentador não pode receber um choque elétrico deste fio por nenhum truque. Mas se pegarmos o enrolamento de um eletroímã em vez de um fio, toda vez que o circuito for aberto, um choque será sentido. Faraday escreveu: “Ao mesmo tempo, algo mais é observado, um fenômeno conhecido pelos cientistas há muito tempo, a saber: uma faísca elétrica brilhante salta no ponto de separação "(meu itálico - V.D.).
Faraday começou a examinar esses fatos e logo descobriu uma série de novos aspectos do fenômeno. Demorou um pouco para ele estabelecer "a identidade dos fenômenos com os fenômenos da indução". Experimentos que ainda estão sendo demonstrados no ensino médio e superior para explicar o fenômeno da autoindução foram criados por Faraday em 1834.
Independentemente, experimentos semelhantes foram realizados por J. Henry, porém, como experimentos de indução, não foram publicados em tempo hábil. A razão é a mesma: Henry não encontrou um conceito físico que englobe fenômenos de várias formas.
Para Faraday, a auto-indução foi um fato que iluminou o caminho da busca. Resumindo observações, ele chega a conclusões de grande importância fundamental. “Não há dúvida de que a corrente em uma parte do fio pode atuar por indução em outras partes do mesmo fio que estão próximas... É isso que dá a impressão de que a corrente age sobre si mesma.”
Não conhecendo a natureza da corrente, Faraday, no entanto, aponta com precisão para a essência da questão: “Quando a corrente age por indução junto com ela, uma substância condutora localizada junto com ela, provavelmente atua sobre a eletricidade presente nesta substância condutora - não importa se este está em estado de corrente ou imóvel; no primeiro caso, fortalece ou enfraquece a corrente, dependendo de sua direção; no segundo, cria uma corrente.
A expressão matemática da lei da indução eletromagnética foi dada em 1873 por Maxwell em seu Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo. Só depois disso se tornou a base dos cálculos quantitativos. Assim, a lei da indução eletromagnética deve ser chamada de lei de Faraday-Maxwell.
Observações metódicas. Sabe-se que a excitação de uma corrente indutiva em um condutor movendo-se em campo magnético constante, e em um condutor estacionário, que está em campo magnético alternado, obedece à mesma lei. Para Faraday e Maxwell, isso era óbvio, pois imaginavam as linhas de indução magnética como formações reais no éter. Quando a corrente é ligada e desligada, ou a intensidade da corrente muda em torno dos condutores que compõem o circuito, as linhas de indução magnética se movem. Ao mesmo tempo, eles atravessam o próprio circuito, causando o fenômeno da auto-indução. Se houver algum condutor próximo ao circuito com uma corrente variável, as linhas de indução magnética, cruzando-o, excitam o EMF da indução eletromagnética.
A materialização das linhas de força do campo elétrico e das linhas de indução magnética tornaram-se propriedade da história. No entanto, seria um erro dar às linhas de força apenas um caráter formal. A física moderna considera que a linha de força do campo elétrico e a linha de indução magnética são o lugar geométrico dos pontos em que o campo dado tem um estado diferente do estado em outros pontos. Este estado é determinado pelos valores dos vetores e nestes pontos. Quando o campo muda, os vetores e mudança, altera consequentemente a configuração das linhas de força. O estado do campo pode se mover no espaço na velocidade da luz. Se o condutor está em um campo cujo estado muda, uma EMF é excitada no condutor.

O caso em que o campo é constante e o condutor se move neste campo não é descrito pela teoria de Maxwell. Einstein notou isso pela primeira vez. Seu trabalho seminal "On the Electrodynamics of Moving Bodies" apenas começa com uma discussão sobre a insuficiência da teoria de Maxwell neste ponto. O fenômeno de excitação EMF em um condutor que se move em um campo magnético constante pode ser incluído no quadro da teoria do campo eletromagnético se for complementado com o princípio da relatividade e o princípio da constância da velocidade da luz.

Após as descobertas de Oersted e Ampère, ficou claro que a eletricidade tem uma força magnética. Agora era necessário confirmar a influência dos fenômenos magnéticos nos elétricos. Este problema foi brilhantemente resolvido por Faraday.

Michael Faraday (1791-1867) nasceu em Londres, uma das partes mais pobres da cidade. Seu pai era ferreiro e sua mãe era filha de um arrendatário. Quando Faraday atingiu a idade escolar, ele foi enviado para a escola primária. O curso feito por Faraday aqui era muito restrito e limitava-se apenas ao ensino da leitura, da escrita e do início da contagem.

A poucos passos da casa onde morava a família Faraday, havia uma livraria, que também era um estabelecimento de encadernação. Foi aí que Faraday chegou, tendo concluído o ensino fundamental, quando surgiu a questão de escolher uma profissão para ele. Michael naquela época tinha apenas 13 anos. Já em sua juventude, quando Faraday apenas começou sua auto-educação, ele se esforçou para confiar apenas em fatos e verificar os relatos de outros com suas próprias experiências.

Essas aspirações o dominaram por toda a sua vida como as principais características de sua atividade científica. Faraday começou a fazer experimentos físicos e químicos ainda menino no primeiro contato com a física e a química. Certa vez, Michael assistiu a uma das palestras de Humphrey Davy, o grande físico inglês.

Faraday anotou detalhadamente a palestra, encadernou-a e enviou-a a Davy. Ele ficou tão impressionado que ofereceu a Faraday para trabalhar com ele como secretário. Logo Davy fez uma viagem à Europa e levou Faraday com ele. Durante dois anos visitaram as maiores universidades europeias.

Retornando a Londres em 1815, Faraday começou a trabalhar como assistente em um dos laboratórios da Royal Institution em Londres. Na época era um dos melhores laboratórios de física do mundo.De 1816 a 1818 Faraday publicou uma série de pequenas notas e pequenas memórias sobre química. O primeiro trabalho de Faraday em física remonta a 1818.

Com base nas experiências de seus antecessores e combinando várias de suas próprias experiências, em setembro de 1821, Michael havia impresso a "História de Sucesso do Eletromagnetismo". Já naquela época, ele criou um conceito completamente correto da essência do fenômeno da deflexão de uma agulha magnética sob a ação de uma corrente.

Tendo alcançado esse sucesso, Faraday abandonou seus estudos na área de eletricidade por dez anos, dedicando-se ao estudo de vários assuntos de natureza diferente. Em 1823, Faraday fez uma das descobertas mais importantes no campo da física - ele primeiro conseguiu a liquefação de um gás e, ao mesmo tempo, estabeleceu um método simples, mas válido, para converter gases em líquido. Em 1824, Faraday fez várias descobertas no campo da física.

Entre outras coisas, ele estabeleceu o fato de que a luz afeta a cor do vidro, alterando-a. No ano seguinte, Faraday volta novamente da física para a química, e o resultado de seu trabalho nessa área é a descoberta da gasolina e do ácido sulfúrico naftaleno.

Em 1831, Faraday publicou um tratado On a Special Kind of Optical Illusion, que serviu de base para um belo e curioso projétil óptico chamado "cromótropo". No mesmo ano, outro tratado do cientista "Sobre placas vibratórias" foi publicado. Muitas dessas obras poderiam por si mesmas imortalizar o nome de seu autor. Mas o mais importante dos trabalhos científicos de Faraday são suas pesquisas no campo do eletromagnetismo e da indução elétrica.

A rigor, o importante ramo da física, que trata dos fenômenos do eletromagnetismo e da eletricidade indutiva, e que hoje é de grande importância para a tecnologia, foi criado por Faraday do nada.

Quando Faraday finalmente se dedicou à pesquisa no campo da eletricidade, foi estabelecido que, em condições normais, a presença de um corpo eletrificado é suficiente para que sua influência excite eletricidade em qualquer outro corpo. Ao mesmo tempo, sabia-se que o fio por onde passa a corrente e que também é um corpo eletrificado não tem qualquer efeito sobre outros fios colocados nas proximidades.

O que causou essa exceção? Esta é a questão que interessa a Faraday e cuja solução o levou às descobertas mais importantes no campo da eletricidade por indução. Como de costume, Faraday iniciou uma série de experimentos que deveriam esclarecer a essência do assunto.

Faraday enrolou dois fios isolados paralelos um ao outro no mesmo rolo de madeira. Ele conectou as extremidades de um fio a uma bateria de dez elementos e as extremidades do outro a um galvanômetro sensível. Quando a corrente passou pelo primeiro fio,

Faraday voltou toda sua atenção para o galvanômetro, esperando notar por suas oscilações o aparecimento de uma corrente também no segundo fio. No entanto, não houve nada disso: o galvanômetro permaneceu calmo. Faraday decidiu aumentar a corrente e introduziu 120 células galvânicas no circuito. O resultado é o mesmo. Faraday repetiu esse experimento dezenas de vezes, todas com o mesmo sucesso.

Qualquer outra pessoa em seu lugar teria deixado o experimento, convencido de que a corrente que passa pelo fio não tem efeito sobre o fio adjacente. Mas Faraday sempre tentou extrair de seus experimentos e observações tudo o que eles pudessem dar e, portanto, não tendo recebido um efeito direto no fio conectado ao galvanômetro, começou a procurar efeitos colaterais.

Ele imediatamente notou que o galvanômetro, permanecendo completamente calmo durante toda a passagem da corrente, começou a oscilar no próprio fechamento do circuito e na sua abertura. o segundo fio também é excitado por uma corrente, que no primeiro caso é oposta à primeira corrente e o mesmo com ela no segundo caso e dura apenas um instante.

Essas correntes instantâneas secundárias, causadas pela influência das primárias, foram chamadas de indutivas por Faraday, e esse nome foi preservado para elas até agora. Sendo instantâneas, desaparecendo instantaneamente após o seu aparecimento, as correntes indutivas não teriam significado prático se Faraday não tivesse encontrado uma maneira, com a ajuda de um dispositivo engenhoso (comutador), de interromper constantemente e conduzir novamente a corrente primária proveniente da bateria através do primeiro fio, devido ao qual no segundo fio é continuamente excitado por mais e mais correntes indutivas, tornando-se assim constante. Assim, foi encontrada uma nova fonte de energia elétrica, além das já conhecidas (fricção e processos químicos), - a indução, e um novo tipo dessa energia - a eletricidade de indução.

Continuando seus experimentos, Faraday descobriu ainda que uma simples aproximação de um fio torcido em uma curva fechada para outro, ao longo do qual flui uma corrente galvânica, é suficiente para excitar uma corrente indutiva na direção oposta à corrente galvânica em um fio neutro, que a remoção de um fio neutro excita novamente uma corrente indutiva nele. a corrente já está na mesma direção da corrente galvânica que flui ao longo de um fio fixo e que, finalmente, essas correntes indutivas são excitadas apenas durante a aproximação e remoção do fio fio ao condutor da corrente galvânica e, sem esse movimento, as correntes não são excitadas, por mais próximos que os fios estejam um do outro.

Assim, um novo fenômeno foi descoberto, semelhante ao fenômeno de indução descrito acima durante o fechamento e a terminação da corrente galvânica. Essas descobertas, por sua vez, deram origem a novas. Se for possível produzir uma corrente indutiva fechando e parando a corrente galvânica, não se obteria o mesmo resultado da magnetização e desmagnetização do ferro?

O trabalho de Oersted e Ampère já havia estabelecido a relação entre magnetismo e eletricidade. Sabia-se que o ferro se tornava um ímã quando um fio isolado era enrolado em torno dele e uma corrente galvânica passava por ele, e que as propriedades magnéticas desse ferro cessavam assim que a corrente cessava.

Com base nisso, Faraday fez esse tipo de experimento: dois fios isolados foram enrolados em torno de um anel de ferro; além disso, um fio foi enrolado em torno de uma metade do anel e o outro em torno do outro. Uma corrente de uma bateria galvânica passava por um fio e as extremidades do outro eram conectadas a um galvanômetro. E assim, quando a corrente fechou ou parou, e quando, consequentemente, o anel de ferro foi magnetizado ou desmagnetizado, a agulha do galvanômetro oscilou rapidamente e depois parou rapidamente, ou seja, todas as mesmas correntes indutivas instantâneas foram excitadas no fio neutro - isso tempo: já sob a influência do magnetismo.

Assim, aqui pela primeira vez o magnetismo foi convertido em eletricidade. Tendo recebido esses resultados, Faraday decidiu diversificar seus experimentos. Em vez de um anel de ferro, ele começou a usar uma faixa de ferro. Em vez de excitar o magnetismo no ferro com uma corrente galvânica, ele magnetizou o ferro tocando-o em um ímã permanente de aço. O resultado foi o mesmo: no fio enrolado no ferro, sempre! a corrente foi excitada no momento da magnetização e desmagnetização do ferro.

Então Faraday introduziu um ímã de aço na espiral do fio - a aproximação e a remoção deste último causaram correntes de indução no fio. Em uma palavra, o magnetismo, no sentido de excitação de correntes indutivas, agia exatamente da mesma forma que a corrente galvânica.

Naquela época, os físicos estavam intensamente ocupados com um fenômeno misterioso, descoberto em 1824 por Arago e não encontrou uma explicação, apesar disso; que essa explicação foi intensamente procurada por cientistas eminentes da época como o próprio Arago, Ampère, Poisson, Babaj e Herschel.

O assunto foi o seguinte. Uma agulha magnética, pendurada livremente, pára rapidamente se um círculo de metal não magnético for colocado sob ela; se o círculo é então colocado em movimento rotacional, a agulha magnética começa a segui-lo.

Em estado calmo, era impossível descobrir a menor atração ou repulsão entre o círculo e a flecha, enquanto o mesmo círculo, que estava em movimento, puxava atrás de si não apenas uma flecha leve, mas também um ímã pesado. Esse fenômeno verdadeiramente milagroso parecia aos cientistas da época um enigma misterioso, algo além do natural.

Faraday, baseado em seus dados acima, supôs que um círculo de metal não magnético, sob a influência de um ímã, circula durante a rotação por correntes indutivas que afetam a agulha magnética e a puxam para trás do ímã.

De fato, ao introduzir a borda do círculo entre os pólos de um grande ímã em forma de ferradura e conectar o centro e a borda do círculo com um galvanômetro com um fio, Faraday recebeu uma corrente elétrica constante durante a rotação do círculo.

Depois disso, Faraday estabeleceu outro fenômeno que estava causando a curiosidade geral. Como você sabe, se as limalhas de ferro forem espalhadas em um ímã, elas serão agrupadas ao longo de certas linhas, chamadas curvas magnéticas. Faraday, chamando a atenção para este fenômeno, deu as bases em 1831 às curvas magnéticas, o nome "linhas de força magnética", que então passou a ser de uso geral.

O estudo dessas "linhas" levou Faraday a uma nova descoberta, descobriu-se que para a excitação de correntes indutivas não é necessária a aproximação e remoção da fonte do polo magnético. Para excitar correntes, basta cruzar as linhas de força magnética de uma maneira conhecida.

Outras obras de Faraday na direção mencionada adquiriram, do ponto de vista moderno, o caráter de algo completamente milagroso. No início de 1832, ele demonstrou um aparelho no qual as correntes indutivas eram excitadas sem a ajuda de um ímã ou corrente galvânica.

O dispositivo consistia em uma tira de ferro colocada em uma bobina de arame. Este dispositivo, em condições normais, não dava o menor sinal do aparecimento de correntes nele; mas assim que lhe foi dada uma direção correspondente à direção da agulha magnética, uma corrente foi excitada no fio.

Então Faraday deu a posição da agulha magnética a uma bobina e depois introduziu uma tira de ferro nela: a corrente foi novamente excitada. A razão que causou a corrente nesses casos foi o magnetismo terrestre, que causou correntes indutivas como um ímã comum ou corrente galvânica. Para mostrar e provar isso com mais clareza, Faraday empreendeu outro experimento que confirmou plenamente suas ideias.

Ele raciocinou que se um círculo de metal não magnético, por exemplo, cobre, girando em uma posição em que cruza as linhas de força magnética de um ímã vizinho, fornece uma corrente indutiva, então o mesmo círculo, girando na ausência de um ímã, mas em uma posição em que o círculo cruzará as linhas do magnetismo terrestre, também deve fornecer uma corrente indutiva.

E, de fato, um círculo de cobre, girado em um plano horizontal, deu uma corrente indutiva, que produziu um desvio perceptível da agulha do galvanômetro. Faraday completou uma série de estudos no campo da indução elétrica com a descoberta, feita em 1835, do "efeito indutivo da corrente sobre si mesma".

Ele descobriu que quando uma corrente galvânica é fechada ou aberta, correntes indutivas instantâneas são excitadas no próprio fio, que serve de condutor para essa corrente.

O físico russo Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) deu uma regra para determinar a direção da corrente induzida. “A corrente de indução é sempre direcionada de tal forma que o campo magnético que ela cria impede ou diminui o movimento que causa a indução”, observa A.A. Korobko-Stefanov em seu artigo sobre indução eletromagnética. - Por exemplo, quando a bobina se aproxima do ímã, a corrente indutiva resultante tem tal direção que o campo magnético criado por ela será oposto ao campo magnético do ímã. Como resultado, surgem forças repulsivas entre a bobina e o ímã.

A regra de Lenz segue a lei da conservação e transformação da energia. Se as correntes de indução acelerassem o movimento que as causava, então o trabalho seria criado do nada. A própria bobina, após um pequeno empurrão, correria em direção ao ímã e, ao mesmo tempo, a corrente de indução liberaria calor nele. Na realidade, a corrente de indução é criada devido ao trabalho de aproximar o ímã e a bobina.

Por que existe uma corrente induzida? Uma explicação profunda do fenômeno da indução eletromagnética foi dada pelo físico inglês James Clerk Maxwell, o criador de uma teoria matemática completa do campo eletromagnético.

Para entender melhor a essência da questão, considere um experimento muito simples. Deixe a bobina consistir em uma espira de fio e ser perfurada por um campo magnético alternado perpendicular ao plano da espira. Na bobina, é claro, há uma corrente de indução. Maxwell interpretou esse experimento com excepcional coragem e imprevisibilidade.

Quando o campo magnético muda no espaço, segundo Maxwell, surge um processo para o qual a presença de uma bobina de fio não tem importância. O principal aqui é o surgimento de linhas circulares fechadas do campo elétrico, cobrindo o campo magnético variável. Sob a ação do campo elétrico emergente, os elétrons começam a se mover e uma corrente elétrica surge na bobina. Uma bobina é apenas um dispositivo que permite detectar um campo elétrico.

A essência do fenômeno da indução eletromagnética é que um campo magnético alternado sempre gera um campo elétrico com linhas de força fechadas no espaço circundante. Tal campo é chamado de campo de vórtice.

A pesquisa no campo da indução produzida pelo magnetismo terrestre deu a Faraday a oportunidade de expressar a ideia de um telégrafo já em 1832, que então formou a base dessa invenção. Em geral, a descoberta da indução eletromagnética não é sem razão atribuída às descobertas mais marcantes do século XIX - o trabalho de milhões de motores elétricos e geradores de corrente elétrica em todo o mundo é baseado nesse fenômeno ...

Fonte de informação: Samin D. K. "Cem grandes descobertas científicas", M.: "Veche", 2002.

A história da descoberta da indução eletromagnética. As descobertas de Hans Christian Oersted e André Marie Ampère mostraram que a eletricidade tem uma força magnética. A influência dos fenômenos magnéticos nos fenômenos elétricos foi descoberta por Michael Faraday. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () "Transforme magnetismo em eletricidade", escreveu em seu diário em 1822. Físico inglês, fundador da teoria do campo eletromagnético, membro honorário estrangeiro da Academia de Ciências de São Petersburgo (1830).

Descrição dos experimentos de Michael Faraday Dois fios de cobre são enrolados em um bloco de madeira. Um dos fios estava conectado a um galvanômetro, o outro a uma bateria forte. Quando o circuito foi fechado, uma ação repentina mas extremamente fraca foi observada no galvanômetro, e a mesma ação foi notada quando a corrente foi interrompida. Com a passagem contínua de corrente por uma das espirais, não foi possível detectar desvios da agulha do galvanômetro

Descrição dos experimentos de Michael Faraday Outro experimento consistiu em registrar surtos de corrente nas extremidades de uma bobina dentro da qual um ímã permanente foi inserido. Faraday chamou essas explosões de "ondas de eletricidade"

CEM de indução O CEM de indução, que causa rajadas de corrente ("ondas de eletricidade"), não depende da magnitude do fluxo magnético, mas da taxa de sua variação.

1. Determine a direção das linhas de indução do campo externo B (elas saem de N e entram em S). 2. Determine se o fluxo magnético através do circuito aumenta ou diminui (se o ímã for empurrado para dentro do anel, então Ф> 0, se for puxado, então Ф 0, se for puxado, então Ф 0, se for é puxado para fora, então Ф 0, se for puxado para fora, então Ф 0 , se estendido, então Ф
3. Determine a direção das linhas de indução do campo magnético B criado pela corrente indutiva (se F>0, então as linhas B e B são direcionadas em direções opostas; se F 0, então as linhas B e B são direcionadas em sentidos opostos; se F 0, então as linhas B e B são direcionadas em direções opostas; se Ф 0, então as linhas B e B são direcionadas em direções opostas; se Ф 0, então as linhas B e B são direcionadas em direções opostas; se Ф

Questões Formule a lei da indução eletromagnética. Quem é o fundador desta lei? O que é corrente induzida e como determinar sua direção? O que determina a magnitude da EMF de indução? O princípio de funcionamento de quais dispositivos elétricos é baseado na lei da indução eletromagnética?

Indução eletromagnética- o fenômeno da ocorrência de uma corrente elétrica em um circuito fechado com uma mudança no fluxo magnético que passa por ele. A indução eletromagnética foi descoberta por Michael Faraday em 29 de agosto de 1831. Ele descobriu que a força eletromotriz (EMF) que ocorre em um circuito condutor fechado é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético através da superfície limitada por este circuito. A magnitude da força eletromotriz não depende do que causa a mudança no fluxo - uma mudança no próprio campo magnético ou o movimento de um circuito (ou parte dele) em um campo magnético. A corrente elétrica causada por este EMF é chamada de corrente de indução.

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  De acordo com a lei de indução eletromagnética de Faraday (no SI):

  E = − d Φ B d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi _(B)) \over dt))- força eletromotriz agindo ao longo de um contorno escolhido arbitrariamente, = ∬ S B → ⋅ d S → , (\displaystyle =\iint \limits _(S)(\vec (B))\cdot d(\vec (S)))- fluxo magnético através da superfície delimitada por este contorno.

  O sinal de menos na fórmula reflete Regra de Lenz, em homenagem ao físico russo E. Kh. Lenz:

  A corrente indutiva que ocorre em um circuito condutor fechado tem tal direção que o campo magnético que ela cria neutraliza a mudança no fluxo magnético que causou essa corrente.

  Para uma bobina em um campo magnético alternado, a lei de Faraday pode ser escrita da seguinte forma:

  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)))- força eletromotriz, N (\estilo de exibição N)- número de voltas, Φ B (\displaystyle \Phi _(B))- fluxo magnético através de uma volta, Ψ (\displaystyle \psi )- Ligação do fluxo da bobina.

  forma vetorial

  Na forma diferencial, a lei de Faraday pode ser escrita da seguinte forma:

  rot E → = − ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (rot) \,(\vec (E))=-(\partial (\vec (B)) \over \partial t))(no sistema SI) rot E → = − 1 c ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (rot) \,(\vec (E))=-(1 \over c)(\partial (\vec (B)) \over \ parcial t))(no sistema GHS).

  Na forma integral (equivalente):

  ∮ ∂ 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)

  Aqui E → (\displaystyle (\vec (E)))- intensidade campo elétrico, B → (\displaystyle (\vec (B)))- indução magnética , S (\displaystyle S\ )- uma superfície arbitrária, - seu limite. Contorno de integração ∂ S (\displaystyle \partial S)é considerado fixo (imóvel).

  Deve-se notar que a lei de Faraday nesta forma, obviamente, descreve apenas a parte da EMF que ocorre quando o fluxo magnético através do circuito muda devido à mudança no próprio campo ao longo do tempo sem alterar (mover) os limites do circuito (veja abaixo para levar em conta o último).

  Se, digamos, o campo magnético é constante e o fluxo magnético muda devido ao movimento dos limites do contorno (por exemplo, com um aumento em sua área), então o EMF emergente é gerado por forças que mantêm as cargas no circuito (no condutor) e a força de Lorentz gerada pela ação direta do campo magnético sobre cargas em movimento (com contorno). Ao mesmo tempo, a igualdade E = − d Φ / d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi)/dt)) continua a ser observada, mas a EMF do lado esquerdo não é mais reduzida a ∮ ⁡ E → ⋅ d l → (\displaystyle \oint (\vec (E))\cdot (\vec (dl)))(que neste exemplo em particular é geralmente igual a zero). No caso geral (quando o campo magnético muda com o tempo e o circuito se move ou muda de forma), a última fórmula também é verdadeira, mas a EMF do lado esquerdo neste caso é a soma dos dois termos mencionados acima (ou seja, é gerado parcialmente pelo campo elétrico do vórtice e parcialmente pela força de Lorentz e pela força de reação do condutor em movimento).

  Forma potencial

  Ao expressar o campo magnético em termos do potencial vetorial, a lei de Faraday assume a forma:

  E → = − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-(\partial (\vec (A)) \over \partial t))(na ausência de um campo irrotacional, ou seja, quando o campo elétrico é gerado completamente apenas por uma mudança na indução magnética, ou seja, eletromagnética).

  No caso geral, ao levar em conta o campo irrotacional (por exemplo, eletrostático), temos:

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

  Mais

  Uma vez que o vetor de indução magnética, por definição, é expresso em termos do potencial vetorial da seguinte forma:

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

  então você pode substituir esta expressão em

  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))))) ))(\partial t)),)

  e, trocando a diferenciação em tempo e coordenadas espaciais (rotor):

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

  Daí, porque ∇ × E → (\displaystyle \nabla \times (\vec (E)))é completamente determinado pelo lado direito da última equação, fica claro que a parte do vórtice do campo elétrico (a parte que tem um rotor, em contraste com o campo irrotacional ∇ φ (\displaystyle \nabla \varphi )) é completamente determinado pela expressão

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

  Aqueles. na ausência de uma parte livre de vórtices, podemos escrever

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

  mas em geral

  E → = − ∇ φ − d A → d t . (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\frac (d(\vec (A)))(dt)).) 1831 veio um triunfo: ele descobriu o fenômeno da indução eletromagnética. A configuração na qual Faraday fez sua descoberta foi que Faraday fez um anel de ferro macio com cerca de 2 cm de largura e 20 cm de diâmetro e enrolou muitas voltas de fio de cobre ao redor de cada metade do anel. O circuito de um enrolamento era fechado por um fio, em suas voltas havia uma agulha magnética, distante o suficiente para não afetar o efeito do magnetismo criado no anel. Uma corrente foi passada através do segundo enrolamento de uma bateria de células galvânicas. Quando a corrente foi ligada, a agulha magnética fez várias oscilações e se acalmou; quando a corrente era interrompida, a agulha oscilava novamente. Descobriu-se que a seta desviou em uma direção quando a corrente foi ligada e na outra quando a corrente foi interrompida. M. Faraday descobriu que é possível "transformar magnetismo em eletricidade" com a ajuda de um ímã comum.

  Ao mesmo tempo, o físico americano Joseph Henry também realizou com sucesso experimentos sobre a indução de correntes, mas enquanto estava prestes a publicar os resultados de seus experimentos, a mensagem de M. Faraday sobre sua descoberta da indução eletromagnética apareceu na imprensa.

  M. Faraday procurou usar o fenômeno que havia descoberto para obter uma nova fonte de eletricidade.

  Até agora, consideramos campos elétricos e magnéticos que não mudam com o tempo. Verificou-se que o campo elétrico é criado por cargas elétricas e o campo magnético - por cargas em movimento, ou seja, por corrente elétrica. Vamos nos familiarizar com os campos elétricos e magnéticos, que mudam com o tempo.

  O fato mais importante que foi descoberto é a relação mais próxima entre campos elétricos e magnéticos. Um campo magnético variável no tempo gera um campo elétrico e um campo elétrico variável gera um campo magnético. Sem essa conexão entre os campos, a variedade de manifestações de forças eletromagnéticas não seria tão extensa quanto realmente é. Não haveria ondas de rádio ou luz.

  Não é por acaso que o primeiro e decisivo passo na descoberta de novas propriedades das interações eletromagnéticas foi dado pelo fundador das ideias sobre o campo eletromagnético - Faraday. Faraday estava confiante na natureza unificada dos fenômenos elétricos e magnéticos. Graças a isso, ele fez uma descoberta, que mais tarde serviu de base para o projeto de geradores de todas as usinas do mundo, convertendo energia mecânica em energia elétrica. (Outras fontes: células galvânicas, baterias, etc. - fornecem uma parcela insignificante da energia gerada.)

  A corrente elétrica, raciocinou Faraday, é capaz de magnetizar um pedaço de ferro. Poderia um ímã, por sua vez, causar uma corrente elétrica?

  Por muito tempo, essa conexão não pôde ser encontrada. Era difícil pensar no principal, a saber: apenas um ímã em movimento ou um campo magnético que muda no tempo pode excitar uma corrente elétrica na bobina.

  Que tipo de acidentes poderiam impedir a descoberta, mostra o seguinte fato. Quase simultaneamente com Faraday, o físico suíço Colladon estava tentando obter uma corrente elétrica na bobina usando um ímã. Ao trabalhar, ele usou um galvanômetro, cuja agulha magnética leve foi colocada dentro da bobina do aparelho. Para evitar que o ímã exercesse uma influência direta sobre a agulha, as extremidades da bobina, na qual Colladon empurrou o ímã, esperando obter uma corrente nele, foram levadas para a sala ao lado e conectadas ao galvanômetro. Tendo inserido o ímã na bobina, Colladon foi para a sala ao lado e, com desgosto,

  

  certifique-se de que o galvanômetro não mostra corrente. Se ele pudesse observar o galvanômetro o tempo todo e pedir a alguém para trabalhar no ímã, uma descoberta notável seria feita. Mas isso não aconteceu. Um ímã em repouso em relação a uma bobina não causa corrente nele.

  O fenômeno da indução eletromagnética consiste na ocorrência de uma corrente elétrica em um circuito condutor, que ou repousa em um campo magnético que muda no tempo, ou se move em um campo magnético constante de tal forma que o número de linhas de indução magnética que penetram no alterações do circuito. Foi descoberto em 29 de agosto de 1831. É um caso raro quando a data de uma nova descoberta notável é conhecida com tanta precisão. Aqui está uma descrição do primeiro experimento dado pelo próprio Faraday:

  “Um fio de cobre de 203 pés de comprimento foi enrolado em uma grande bobina de madeira, e entre as voltas foi enrolado um fio do mesmo comprimento, mas isolado do primeiro fio de algodão. Uma dessas espirais estava conectada a um galvanômetro, e a outra a uma bateria forte composta por 100 pares de placas... mesmo foi notado quando a corrente parou. Com a passagem contínua de corrente por uma das bobinas, não foi possível notar qualquer efeito no galvanômetro, ou em geral qualquer efeito indutivo na outra bobina, apesar do aquecimento de toda a bobina ligada à bateria, e o brilho da faísca saltando entre os carvões, atestou a energia da bateria "(Faraday M. "Pesquisa experimental sobre eletricidade", 1ª série).

  Assim, inicialmente, a indução foi descoberta em condutores que estavam imóveis um em relação ao outro durante o fechamento e a abertura do circuito. Então, entendendo claramente que a aproximação ou remoção de condutores com corrente deveria levar ao mesmo resultado que o fechamento e a abertura do circuito, Faraday provou através de experimentos que a corrente surge quando as bobinas se movem entre si.

  

  em relação a um amigo. Familiarizado com os trabalhos de Ampère, Faraday entendeu que um ímã é um conjunto de pequenas correntes que circulam em moléculas. Em 17 de outubro, conforme registrado em seu diário de laboratório, uma corrente de indução foi detectada na bobina durante a inserção (ou retirada) do ímã. Dentro de um mês, Faraday descobriu experimentalmente todas as características essenciais do fenômeno da indução eletromagnética.

  Atualmente, os experimentos de Faraday podem ser repetidos por todos. Para fazer isso, você precisa ter duas bobinas, um ímã, uma bateria de elementos e um galvanômetro suficientemente sensível.

  Na instalação mostrada na Figura 238, ocorre uma corrente de indução em uma das bobinas quando o circuito elétrico da outra bobina, que está estacionária em relação à primeira, é fechado ou aberto. Na instalação da Figura 239, um reostato altera a corrente em uma das bobinas. Na Figura 240, a, a corrente de indução aparece quando as bobinas se movem uma em relação à outra, e na Figura 240, b - quando o ímã permanente se move em relação à bobina.

  O próprio Faraday já percebeu a coisa comum que determina o aparecimento de uma corrente de indução em experimentos que parecem diferentes externamente.

  Em um circuito condutor fechado, uma corrente surge quando o número de linhas de indução magnética que penetram na área delimitada por este circuito muda. E quanto mais rápido o número de linhas de indução magnética muda, maior a corrente de indução resultante. Neste caso, a razão para a mudança no número de linhas de indução magnética é completamente indiferente. Isso pode ser uma mudança no número de linhas de indução magnética que penetram na área de um circuito condutor fixo devido a uma mudança na intensidade da corrente em uma bobina adjacente (Fig. 238) e uma mudança no número de linhas de indução devido ao movimento do circuito em um campo magnético não homogêneo, cuja densidade de linhas varia no espaço (Fig. 241).