A descoberta da indução eletromagnética tornou possível o surgimento. Faraday

Tópico da lição:

Descoberta da indução eletromagnética. fluxo magnético.

Alvo: apresentar aos alunos o fenômeno da indução eletromagnética.

Durante as aulas

I. Momento organizacional

II. Atualização de conhecimento.

1. Levantamento frontal.

Qual é a hipótese de Ampère?
O que é permeabilidade magnética?
Quais substâncias são chamadas de para e diamagnetos?
O que são ferritas?
Onde as ferritas são usadas?
Como você sabe que existe um campo magnético ao redor da Terra?
Onde estão os pólos magnéticos Norte e Sul da Terra?
Que processos ocorrem na magnetosfera da Terra?
Qual é a razão para a existência de um campo magnético perto da Terra?

2. Análise de experimentos.

Experimento 1

A agulha magnética no suporte foi trazida para a extremidade inferior e depois para a extremidade superior do tripé. Por que a seta gira para a extremidade inferior do tripé de ambos os lados com o pólo sul e para a extremidade superior - a extremidade norte?(Todos os objetos de ferro estão no campo magnético da Terra. Sob a influência desse campo, eles são magnetizados, e a parte inferior do objeto detecta o pólo norte magnético e o topo - o sul.)

Experimento 2

Em uma rolha de cortiça grande, faça um pequeno sulco para um pedaço de arame. Abaixe a rolha na água e coloque o fio em cima, colocando-o ao longo do paralelo. Neste caso, o fio, juntamente com a rolha, é rodado e instalado ao longo do meridiano. Por quê?(O fio foi magnetizado e está colocado no campo da Terra como uma agulha magnética.)

III. Aprendendo novos materiais

Existem forças magnéticas entre cargas elétricas em movimento. As interações magnéticas são descritas com base no conceito de um campo magnético que existe em torno de cargas elétricas em movimento. Campos elétricos e magnéticos são gerados pelas mesmas fontes - cargas elétricas. Pode-se supor que há uma conexão entre eles.

Em 1831, M. Faraday confirmou isso experimentalmente. Ele descobriu o fenômeno da indução eletromagnética (slides 1.2).

Experimento 1

Conectamos o galvanômetro à bobina e apresentaremos um ímã permanente a partir dele. Observamos o desvio da agulha do galvanômetro, apareceu uma corrente (indução) (slide 3).

A corrente no condutor ocorre quando o condutor está na área do campo magnético alternado (slide 4-7).

Faraday representou um campo magnético alternado como uma mudança no número de linhas de força que penetram na superfície delimitada por um determinado contorno. Este número depende da indução NO campo magnético, da área de contorno S e sua orientação no campo dado.

F \u003d BS cos a - fluxo magnético.

F [Wb] Weber (slide 8)

A corrente de indução pode ter diferentes direções, que dependem se o fluxo magnético que penetra no circuito diminui ou aumenta. A regra para determinar a direção da corrente induzida foi formulada em 1833. E. X. Lenz.

Experimento 2

Deslizamos um ímã permanente em um anel de alumínio leve. O anel é repelido dele e, quando estendido, é atraído pelo ímã.

O resultado não depende da polaridade do ímã. A repulsão e a atração são explicadas pelo aparecimento de uma corrente de indução nele.

Quando o ímã é empurrado, o fluxo magnético através do anel aumenta: a repulsão do anel ao mesmo tempo mostra que a corrente de indução nele tem uma direção na qual o vetor de indução de seu campo magnético é oposto em direção ao vetor de indução do campo magnético externo.

Regra de Lenz:

A corrente indutiva sempre tem uma direção que seu campo magnético impede qualquer mudança no fluxo magnético que cause o aparecimento de uma corrente indutiva.(slide 9).

4. Realização de trabalhos de laboratório

Trabalho de laboratório sobre o tema "Verificação experimental da regra de Lenz"

Dispositivos e materiais:miliamperímetro, bobina-bobina, ímã arqueado.

Processo de trabalho

Prepare uma mesa.

O fenômeno da indução eletromagnética foi descoberto por Mile Faraday em 1831. Mesmo 10 anos antes, Faraday estava pensando em uma maneira de transformar magnetismo em eletricidade. Ele acreditava que o campo magnético e o campo elétrico deveriam estar de alguma forma relacionados.

Descoberta da indução eletromagnética

Por exemplo, um objeto de ferro pode ser magnetizado usando um campo elétrico. Provavelmente, deve ser possível obter uma corrente elétrica com a ajuda de um ímã.

Primeiro, Faraday descobriu o fenômeno da indução eletromagnética em condutores estacionários um em relação ao outro. Quando aparecia uma corrente em uma delas, uma corrente também era induzida na outra bobina. Além disso, no futuro, ele desapareceu e apareceu novamente apenas quando a energia de uma bobina foi desligada.

Depois de algum tempo, Faraday provou em experimentos que quando uma bobina sem corrente é movida em um circuito em relação a outro, nas extremidades do qual é aplicada tensão, uma corrente elétrica também aparecerá na primeira bobina.

O próximo experimento foi a introdução de um ímã na bobina e, ao mesmo tempo, uma corrente também apareceu nela. Esses experimentos são mostrados nas figuras a seguir.

Faraday formulou a principal razão para o aparecimento de corrente em um circuito fechado. Em um circuito condutor fechado, a corrente surge quando o número de linhas de indução magnética que permeiam esse circuito muda.

Quanto maior essa mudança, mais forte será a corrente de indução. Não importa como conseguimos uma mudança no número de linhas de indução magnética. Por exemplo, isso pode ser feito movendo o contorno em um campo magnético não uniforme, como aconteceu no experimento com um ímã ou o movimento de uma bobina. E podemos, por exemplo, alterar a intensidade da corrente na bobina adjacente ao circuito, enquanto o campo magnético criado por essa bobina mudará.

A redação da lei

Vamos resumir brevemente. O fenômeno da indução eletromagnética é o fenômeno da ocorrência de corrente em um circuito fechado, com uma mudança no campo magnético no qual esse circuito está localizado.

Para uma formulação mais precisa da lei da indução eletromagnética, é necessário introduzir um valor que caracterize o campo magnético - o fluxo do vetor de indução magnética.

fluxo magnético

O vetor de indução magnética é denotado pela letra B. Ele irá caracterizar o campo magnético em qualquer ponto do espaço. Agora considere um contorno fechado limitando a superfície com área S. Vamos colocá-lo em um campo magnético uniforme.

Haverá algum ângulo a entre o vetor normal à superfície e o vetor de indução magnética. O fluxo magnético Ф através de uma superfície com área S é chamado de grandeza física igual ao produto do módulo do vetor de indução magnética pela área da superfície e o cosseno do ângulo entre o vetor de indução magnética e a normal ao contorno.

F \u003d B * S * cos (a).

O produto B*cos(a) é a projeção do vetor B na normal n. Portanto, a forma para o fluxo magnético pode ser reescrita da seguinte forma:

A unidade de fluxo magnético é o weber. Denotado 1 Wb. Um fluxo magnético de 1 Wb é criado por um campo magnético com uma indução de 1 T através de uma superfície com uma área de 1 m ^ 2, que está localizada perpendicularmente ao vetor de indução magnética.

Um novo período no desenvolvimento da ciência física começa com a engenhosa descoberta de Faraday Indução eletromagnética. Foi nessa descoberta que se manifestou claramente a capacidade da ciência de enriquecer a tecnologia com novas ideias. Já o próprio Faraday previu a existência de ondas eletromagnéticas com base em sua descoberta. Em 12 de março de 1832, ele lacrou um envelope com a inscrição "Novas Visões, agora a ser guardada em um envelope lacrado nos arquivos da Royal Society". Este envelope foi aberto em 1938. Descobriu-se que Faraday entendeu claramente que as ações de indução se propagam com uma velocidade finita em uma forma ondulatória. "Considero possível aplicar a teoria das oscilações à propagação da indução elétrica", escreveu Faraday. Ao mesmo tempo, destacou que “a propagação de um efeito magnético leva tempo, ou seja, quando um ímã age sobre outro ímã distante ou um pedaço de ferro, a causa influenciadora (que me permitirei chamar de magnetismo) se espalha de corpos magnéticos gradualmente e requer um certo tempo para sua propagação, o que, obviamente, será muito insignificante. Também acredito que a indução elétrica se propaga exatamente da mesma maneira. Acredito que a propagação de forças magnéticas de um pólo magnético é semelhante à vibração de uma superfície de água áspera, ou às vibrações sonoras de partículas de ar”.

Faraday entendeu a importância de sua ideia e, não podendo testá-la experimentalmente, decidiu com a ajuda deste envelope "segurar a descoberta para si mesmo e, assim, ter o direito, em caso de confirmação experimental, de declarar esta data a data de sua descoberta." Então, em 12 de março de 1832, a humanidade pela primeira vez chegou à ideia de existência ondas eletromagnéticas. A partir desta data começa a história da descoberta rádio.

Mas a descoberta de Faraday foi importante não apenas na história da tecnologia. Teve um enorme impacto no desenvolvimento da visão de mundo científica. Desde esta descoberta, um novo objeto entra na física - campo físico. Assim, a descoberta de Faraday pertence àquelas descobertas científicas fundamentais que deixam uma marca notável em toda a história da cultura humana.

Encadernador filho do ferreiro de Londres nasceu em Londres em 22 de setembro de 1791. O gênio autodidata nem teve a oportunidade de terminar o ensino fundamental e abriu o caminho para a ciência. Enquanto estudava encadernação, ele lia livros, especialmente sobre química, ele mesmo fazia experimentos químicos. Ouvindo as palestras públicas do famoso químico Davy, ele finalmente se convenceu de que sua vocação era a ciência e recorreu a ele com um pedido para ser contratado no Royal Institute. De 1813, quando Faraday foi admitido no instituto como assistente de laboratório, e até sua morte (25 de agosto de 1867), viveu na ciência. Já em 1821, quando Faraday recebeu a rotação eletromagnética, ele estabeleceu como objetivo "transformar o magnetismo em eletricidade". Dez anos de busca e trabalho árduo culminaram com a descoberta em 29 de agosto de 1871 da indução eletromagnética.

"Duzentos e três pés de fio de cobre de uma só peça foram enrolados em um grande tambor de madeira; outros duzentos e três pés do mesmo fio foram isolados em espiral entre as espiras do primeiro enrolamento, sendo o contato metálico removido por meio de um fio. Uma dessas espirais estava conectada a um galvanômetro e a outra a uma bateria bem carregada de cem pares de placas de quatro polegadas quadradas, com placas duplas de cobre. Quando o contato foi feito, havia um efeito temporário mas muito leve no galvanômetro, e um efeito fraco semelhante ocorreu quando o contato com a bateria foi aberto. Foi assim que Faraday descreveu sua primeira experiência de indução de correntes. Ele chamou esse tipo de indução voltaico-elétrica. Ele passa a descrever sua principal experiência com o anel de ferro, o protótipo do moderno transformador.

"Um anel foi soldado a partir de uma barra redonda de ferro macio; a espessura do metal era de sete oitavos de polegada, e o diâmetro externo do anel era de seis polegadas. Em uma parte deste anel foram enroladas três espirais, cada uma contendo cerca de vinte e quatro pés de fio de cobre, um vigésimo de polegada de espessura. As bobinas eram isoladas do ferro e umas das outras... ocupando cerca de nove polegadas ao longo do comprimento do anel. Na outra parte do anel foi enrolado da mesma forma cerca de sessenta pés de fio de cobre em duas peças, que formavam uma espiral B, tendo a mesma direção das espirais A, mas separadas delas em cada extremidade por cerca de meia polegada por ferro nu.

A espiral B foi conectada por fios de cobre a um galvanômetro colocado a uma distância de um metro do ferro. Bobinas separadas foram conectadas de ponta a ponta para formar uma espiral comum, cujas extremidades foram conectadas a uma bateria de dez pares de placas de quatro polegadas quadradas. O galvanômetro reagiu imediatamente, e muito mais forte do que o observado, conforme descrito acima, utilizando espiral dez vezes mais potente, mas sem ferro; no entanto, apesar de manter o contato, a ação cessou. Quando o contato com a bateria foi aberto, a seta novamente desviou fortemente, mas na direção oposta à induzida no primeiro caso.

Faraday investigou ainda mais o efeito do ferro por experiência direta, introduzindo uma barra de ferro dentro de uma bobina oca, neste caso "a corrente induzida teve um efeito muito forte no galvanômetro". "Uma ação semelhante foi então obtida com a ajuda de ímãs". Faraday chamou esta ação indução magnetoelétrica, assumindo que a natureza da indução voltaica e magnetoelétrica é a mesma.

Todos os experimentos descritos são o conteúdo da primeira e segunda seções da obra clássica de Faraday "Pesquisa Experimental em Eletricidade", iniciada em 24 de novembro de 1831. Na terceira seção desta série "Sobre o Novo Estado Elétrico da Matéria", Faraday para pela primeira vez tenta descrever as novas propriedades dos corpos manifestados na indução eletromagnética. Ele chama essa propriedade descoberta de "estado eletrotônico". Este é o primeiro germe da ideia de um campo, que mais tarde foi formado por Faraday e primeiro formulado precisamente por Maxwell. A quarta seção da primeira série é dedicada a explicar o fenômeno de Arago. Faraday classifica corretamente esse fenômeno como indução e tenta "obter uma nova fonte de eletricidade" com a ajuda desse fenômeno. Quando o disco de cobre se moveu entre os pólos do ímã, ele recebeu uma corrente no galvanômetro usando contatos deslizantes. Foi o primeiro Máquina de dínamo. Faraday resume os resultados de seus experimentos com as seguintes palavras: "Foi assim demonstrado que é possível criar uma corrente constante de eletricidade com a ajuda de um ímã comum." De seus experimentos sobre indução em condutores em movimento, Faraday deduziu a relação entre o pólo de um ímã, o condutor em movimento e a direção da corrente induzida, ou seja, "a lei que governa a produção de eletricidade por indução magnetoelétrica". Como resultado de sua pesquisa, Faraday descobriu que "a capacidade de induzir correntes se manifesta em um círculo em torno da resultante magnética ou eixo de força exatamente da mesma maneira que o magnetismo localizado em torno de um círculo surge em torno de uma corrente elétrica e é detectado por ela". *.

* (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 57.)

Em outras palavras, um campo elétrico de vórtice surge em torno de um fluxo magnético alternado, assim como um campo magnético de vórtice surge em torno de uma corrente elétrica. Este fato fundamental foi generalizado por Maxwell na forma de suas duas equações do campo eletromagnético.

O estudo dos fenômenos de indução eletromagnética, em particular da ação indutiva do campo magnético da Terra, também se dedica à segunda série de "Investigações", iniciada em 12 de janeiro de 1832. A terceira série, iniciada em 10 de janeiro de 1833, Faraday dedica-se a provar a identidade de vários tipos de eletricidade: eletrostática, galvânica, animal, magnetoelétrica (ou seja, obtida por indução eletromagnética). Faraday chega à conclusão de que a eletricidade obtida de várias maneiras é qualitativamente a mesma, a diferença nas ações é apenas quantitativa. Este foi o golpe final para o conceito de vários "fluidos" de resina e eletricidade de vidro, galvanismo, eletricidade animal. A eletricidade acabou por ser uma entidade única, mas polar.

É muito importante a quinta série das Investigações de Faraday, iniciada em 18 de junho de 1833. Aqui Faraday inicia seus estudos de eletrólise, o que o levou ao estabelecimento das famosas leis que levam seu nome. Esses estudos continuaram na sétima série, iniciada em 9 de janeiro de 1834. Nesta última série, Faraday propõe uma nova terminologia: ele propõe chamar os pólos que fornecem corrente ao eletrólito eletrodos, chame o eletrodo positivo ânodo, e o negativo cátodo, partículas de matéria depositada indo para o ânodo que ele chama ânions, e as partículas indo para o cátodo - cátions. Além disso, ele possui os termos eletrólito para substâncias degradáveis, íons e equivalentes eletroquímicos. Todos esses termos são firmemente mantidos na ciência. Faraday tira a conclusão correta das leis que descobriu de que se pode falar de alguns quantidade absoluta eletricidade associada aos átomos da matéria comum. “Embora não saibamos nada sobre o que é um átomo”, escreve Faraday, “imaginamos involuntariamente alguma pequena partícula que aparece em nossa mente quando pensamos nela; no entanto, na mesma ou até maior ignorância em que estamos em relação à eletricidade, estamos nem mesmo capaz de dizer se é uma matéria ou matérias especiais, ou simplesmente o movimento da matéria ordinária, ou outro tipo de força ou agente; no entanto, há um grande número de fatos que nos fazem pensar que os átomos da matéria são de alguma forma dotados ou conectados com forças elétricas, e a eles devem suas qualidades mais notáveis, incluindo sua afinidade química entre si.

* (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 335.)

Assim, Faraday expressou claramente a ideia de "eletrificação" da matéria, a estrutura atômica da eletricidade e o átomo de eletricidade, ou, como Faraday coloca, a "quantidade absoluta de eletricidade", acaba sendo "conforme determinado em sua ação, como qualquer um essas quantidades que, permanecendo conectados com as partículas da matéria, informam-nas de sua afinidade química. A carga elétrica elementar, conforme demonstrado pelo desenvolvimento posterior da física, pode de fato ser determinada pelas leis de Faraday.

A nona série das "Investigações" de Faraday foi de grande importância. Esta série, iniciada em 18 de dezembro de 1834, tratou dos fenômenos de autoindução, correntes extras de fechamento e abertura. Faraday aponta ao descrever esses fenômenos que, embora tenham características inércia, no entanto, o fenômeno da auto-indução se distingue da inércia mecânica pelo fato de dependerem de formulários condutor. Faraday observa que "a corrente extra é idêntica à ... corrente induzida" * . Como resultado, Faraday teve uma ideia do significado muito amplo do processo de indução. Na décima primeira série de seus estudos, iniciada em 30 de novembro de 1837, ele afirma: "A indução desempenha o papel mais geral em todos os fenômenos elétricos, participando, aparentemente, em cada um deles, e na realidade carrega as características do primeiro e essencial princípio" ** . Em particular, de acordo com Faraday, todo processo de carregamento é um processo de indução, viés cargas opostas: "as substâncias não podem ser carregadas absolutamente, mas apenas relativamente, de acordo com uma lei idêntica à indução. Toda carga é suportada pela indução. Todos os fenômenos Tensão incluir o início das induções" ***. O significado dessas declarações de Faraday é que qualquer campo elétrico ("fenômeno de tensão" - na terminologia de Faraday) é necessariamente acompanhado por um processo de indução no meio ("deslocamento" - na última versão de Maxwell Este processo é determinado pelas propriedades do meio, sua "indutância" na terminologia de Faraday, ou "permissividade" na terminologia moderna. A experiência de Faraday com um capacitor esférico determinou a permissividade de várias substâncias em relação ao ar. experimentos fortaleceram Faraday na ideia do papel essencial do meio nos processos eletromagnéticos.

* (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 445.)

** (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 478.)

*** (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 487.)

A lei da indução eletromagnética foi desenvolvida significativamente pelo físico russo da Academia de São Petersburgo Emil Khristianovich Lenz(1804-1865). Em 29 de novembro de 1833, Lenz relatou à Academia de Ciências sua pesquisa "Sobre a determinação da direção das correntes galvânicas excitadas por indução eletrodinâmica". Lenz mostrou que a indução magnetoelétrica de Faraday está intimamente relacionada com as forças eletromagnéticas de Ampère. "A proposição pela qual o fenômeno magnetoelétrico é reduzido ao eletromagnético é a seguinte: se um condutor de metal se move na vizinhança de uma corrente galvânica ou de um ímã, uma corrente galvânica é excitada nele em tal direção que, se esse condutor estiver estacionário, a corrente poderá fazer com que ele se mova na direção oposta; assume-se que o condutor em repouso só pode se mover na direção do movimento ou na direção oposta" * .

* (E. X. Lenz, Obras Selecionadas, Ed. AN SSSR, 1950, pp. 148-149.)

Este princípio de Lenz revela a energia dos processos de indução e desempenhou um papel importante no trabalho de Helmholtz ao estabelecer a lei da conservação da energia. O próprio Lenz derivou de sua regra o conhecido princípio da engenharia elétrica da reversibilidade das máquinas eletromagnéticas: se você girar uma bobina entre os pólos de um ímã, ela gera uma corrente; pelo contrário, se uma corrente for enviada para ele, ele irá girar. Um motor elétrico pode ser transformado em um gerador e vice-versa. Estudando a ação das máquinas magnetoelétricas, Lenz descobre em 1847 a reação da armadura.

Em 1842-1843. Lenz produziu um estudo clássico "Sobre as leis da geração de calor por corrente galvânica" (relatado em 2 de dezembro de 1842, publicado em 1843), que ele começou muito antes dos experimentos semelhantes de Joule (a mensagem de Joule apareceu em outubro de 1841) e continuou por ele apesar a publicação Joule, "já que os experimentos deste último podem encontrar algumas objeções justificadas, como já foi demonstrado por nosso colega, Sr. Acadêmico Hess" * . Lenz mede a magnitude da corrente com a ajuda de uma bússola tangente, dispositivo inventado pelo professor de Helsingfors Johann Nerwander (1805-1848), e na primeira parte de sua mensagem explora esse dispositivo. Na segunda parte de "A liberação de calor nos fios", relatada em 11 de agosto de 1843, ele chega à sua famosa lei:

O aquecimento do fio por corrente galvânica é proporcional à resistência do fio.
O aquecimento do fio por uma corrente galvânica é proporcional ao quadrado da corrente utilizada para o aquecimento "**.

* (E. X. Lenz, Obras Selecionadas, Ed. AN SSSR, 1950, p. 361.)

** (E. X. Lenz, Obras Selecionadas, Ed. AN SSSR, 1950, p. 441.)

A lei de Joule-Lenz desempenhou um papel importante no estabelecimento da lei da conservação da energia. Todo o desenvolvimento da ciência dos fenômenos elétricos e magnéticos levou à ideia da unidade das forças da natureza, à ideia da conservação dessas "forças".

Quase simultaneamente com Faraday, um físico americano observou a indução eletromagnética. José Henrique(1797-1878). Henry fez um grande eletroímã (1828) que, alimentado por uma célula galvânica de baixa resistência, suportava uma carga de 2.000 libras. Faraday menciona este eletroímã e indica que com sua ajuda é possível obter uma forte faísca quando aberto.

Henry pela primeira vez (1832) observou o fenômeno da auto-indução, e sua prioridade é marcada pelo nome da unidade de auto-indução "henry".

Em 1842, Henrique estabeleceu caráter oscilatório descarga de uma jarra de Leiden. A fina agulha de vidro com a qual ele investigou esse fenômeno foi magnetizada com diferentes polaridades, enquanto a direção da descarga permaneceu inalterada. “A descarga, qualquer que seja sua natureza”, conclui Henry, “não é representada (usando a teoria de Franklin. - P. K.) como uma única transferência de um fluido sem peso de uma placa para outra; o fenômeno descoberto nos faz admitir a existência da descarga principal em uma direção, e depois vários movimentos estranhos para trás e para frente, cada um mais fraco que o anterior, continuando até que o equilíbrio seja alcançado.

Fenômenos de indução estão se tornando um tópico importante na pesquisa física. Em 1845, um físico alemão Franz Neumann(1798-1895) deu uma expressão matemática lei da indução, resumindo a pesquisa de Faraday e Lenz.

A força eletromotriz de indução foi expressa por Neumann como a derivada temporal de alguma função que induz a corrente e a configuração mútua das correntes que interagem. Neumann chamou essa função potencial eletrodinâmico. Ele também encontrou uma expressão para o coeficiente de indução mútua. Em seu ensaio "Sobre a Conservação da Força" em 1847, Helmholtz deriva a expressão de Neumann para a lei da indução eletromagnética a partir de considerações de energia. No mesmo ensaio, Helmholtz afirma que a descarga de um capacitor "não é... um simples movimento de eletricidade em uma direção, mas... seu fluxo em uma direção ou outra entre duas placas na forma de oscilações que se tornam cada vez menor e menor, até que finalmente toda a força viva é destruída pela soma das resistências.

Em 1853 William Thomson(1824-1907) apresentou uma teoria matemática da descarga oscilatória de um capacitor e estabeleceu a dependência do período de oscilação dos parâmetros do circuito oscilatório (fórmula de Thomson).

Em 1858 P. Blaserna(1836-1918) fez uma curva de ressonância experimental de oscilações elétricas, estudando a ação de um circuito indutor de descarga contendo um banco de capacitores e condutores de fechamento para um circuito lateral, com comprimento variável do condutor induzido. No mesmo 1858 Wilhelm Feddersen(1832-1918) observou a descarga de faísca de uma garrafa de Leyden em um espelho giratório e, em 1862, fotografou a imagem de uma descarga de faísca em um espelho giratório. Assim, a natureza oscilatória da descarga foi estabelecida com total clareza. Ao mesmo tempo, a fórmula de Thomson foi verificada experimentalmente. Assim, passo a passo, a doutrina da oscilações elétricas, constituindo a base científica da engenharia elétrica de correntes alternadas e engenharia de rádio.

Em 1821, Michael Faraday escreveu em seu diário: "Transforme o magnetismo em eletricidade". Após 10 anos, este problema foi resolvido por ele.
A descoberta de Faraday
Não é por acaso que o primeiro e mais importante 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. Logo após a descoberta de Oersted, ele escreveu: “... tempo em bons condutores de eletricidade colocados na esfera dessa ação, nenhuma corrente foi induzida, nenhuma ação apreciável ocorreu, equivalente em força a tal corrente. O trabalho árduo de dez anos e a fé no sucesso levaram Faraday à descoberta, que mais tarde serviu de base para o dispositivo de geradores de todas as usinas do mundo, convertendo energia mecânica em energia elétrica. (Fontes que operam em outros princípios: células galvânicas, baterias, termocélulas e fotocélulas - fornecem uma parcela insignificante da energia elétrica gerada.)
Por muito tempo, a relação entre fenômenos elétricos e magnéticos não pôde ser detectada. Era difícil pensar no ponto principal: apenas um campo magnético variável no tempo pode excitar uma corrente elétrica em uma bobina fixa, ou a própria bobina deve se mover em um campo magnético.
A descoberta da indução eletromagnética, como Faraday chamou esse fenômeno, foi feita em 29 de agosto de 1831. Um caso raro em que a data de uma nova descoberta notável é conhecida com tanta precisão.Aqui está uma breve descrição da primeira experiência dada 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... o mesmo foi notado quando a corrente parou. Com a passagem contínua de corrente por uma das espirais, não foi possível notar nem o efeito no galvanômetro, nem em geral nenhum efeito indutivo na outra espiral, apesar disso. 5.1
argumentando que o aquecimento de toda a bobina conectada à bateria, e o brilho da faísca que saltava entre as brasas, testemunhavam a potência da bateria.
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 fechar e abrir o circuito, Faraday provou através de experimentos que a corrente surge quando as bobinas se movem uma em relação à outra (Fig. 5.1). 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 o empurrar (ou puxar) do ímã (Fig. 5.2). Dentro de um mês, Faraday descobriu experimentalmente todas as características essenciais do fenômeno da indução eletromagnética. Restava apenas dar à lei uma forma quantitativa estrita e revelar plenamente a natureza física do fenômeno.
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 superfície delimitada por este circuito muda. E quanto mais rápido o número de linhas de indução magnética muda, maior a corrente 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 em um condutor fixo devido a uma mudança na intensidade da corrente em uma bobina adjacente e uma mudança no número de linhas devido ao movimento do circuito em um campo magnético não homogêneo , cuja densidade de linhas varia no espaço (Fig. 5.3).
Faraday não apenas descobriu o fenômeno, mas também foi o primeiro a construir um modelo imperfeito, porém imperfeito, de um gerador de corrente elétrica que converte a energia mecânica de rotação em corrente. Era um disco de cobre maciço girando entre os pólos de um ímã forte (Figura 5.4). Ao anexar o eixo e a borda do disco ao galvanômetro, Faraday descobriu um desvio
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S A corrente era, no entanto, fraca, mas o princípio encontrado mais tarde tornou possível construir geradores potentes. Sem eles, a eletricidade ainda seria um luxo que poucas pessoas podem pagar.
Em uma espira fechada condutora, uma corrente elétrica surge se a espira estiver em um campo magnético alternado ou se mover em um campo constante no tempo, de modo que o número de linhas de indução magnética que penetram na espira mude. Esse fenômeno é chamado de indução eletromagnética.

Um exemplo seria uma pergunta. Nesse contexto, podemos falar de tabu. Existem certas áreas que serão tabu para a maioria, o que não significa que não haverá um, terceiro, terceiro cientista que lidará com esse fenômeno com a curiosidade de uma pessoa.

Essas condições sociais tornam a maioria das pessoas desinteressadas. R: E isso é apenas uma pergunta. O exemplo apropriado também mostra o medo de não ser desacreditado. Dr. Marek Spira: Hoje nos esforçamos para quebrar todos os tabus. Por um lado, é o conhecimento da verdade e, por outro, o respeito a determinados valores, cuja derrubada só leva à destruição da ordem social. A curiosidade humana é tão grande que transcende todas as fronteiras. Por natureza, o homem não gosta de tabu. E nesse sentido, a busca da verdade não conhece fronteiras, que existem, é claro, mas estão em constante movimento.

Isso levanta a questão de saber se algum dia saberemos a verdade completa. Conhecendo a natureza humana, podemos dizer que, embora isso seja impossível, sempre lutaremos por isso. No entanto, existe o perigo de ignorarmos esse segredo. Estando em um determinado estágio de conhecimento, podemos concluir que já sabemos tudo. Enquanto isso, o desastre está chegando e a questão é: como podemos deixá-lo ir? Talvez fosse por causa da negligência das forças da natureza, as forças da natureza. Um exemplo seria o inventor do computador, que no século passado acreditava que a aquisição de conhecimento no computador seria ilimitada.

Anos depois dessa descoberta, ter laptops hoje era uma ilusão. O quanto nossa ignorância aumentou à medida que o número de perguntas aumentou. Nós, físicos, fugimos da Terra. Suponha que queremos voar para uma galáxia a alguns anos-luz da Terra. Como não podemos construir uma espaçonave que viaje mais rápido que a velocidade da luz, uma geração de astronautas não é suficiente para chegar a esta galáxia. Embora seja possível imaginar a viagem espacial de muitas gerações de astronautas, mas isso só é possível na ficção científica.

São essas constantes, conhecidas por nós hoje, que definem os limites do conhecimento. Se considerarmos o Big Bang, devemos lembrar que nosso conhecimento ainda não chega ao ponto em que a densidade da matéria seja incomparável com aquela com a qual estamos lidando hoje e que não podemos reproduzir em nossas condições.

Nós não conhecemos essa física "explosiva", então não conhecemos essas constantes físicas, se elas fossem. N.: Também não temos certeza se a física de hoje é finita. Tínhamos um Newton que mais tarde foi testado por Einstein, então podemos concluir que Einstein será testado por outra pessoa.

Com base nisso, foi criada a teoria da relatividade especial, que foi repetidamente confirmada experimentalmente. No entanto, se um desses paradigmas falhar, teremos uma nova física. Se dizemos que conhecemos o universo, a natureza, que sabemos o que era antes, dizemos isso porque essas constantes físicas não mudam seus valores ao longo do tempo. Experimentos que tentam minar esses sólidos - e como e como eles são realizados - não são conclusivos.

De fato, podemos dizer que a partir de certo ponto sabemos que as leis físicas que regem o universo não mudaram - essas constantes ainda são as mesmas. Existem segredos que não queremos enfrentar? Kant falou de dois tipos de metafísica - a metafísica como uma ciência que não existe, e a metafísica como uma tendência natural que nos faz quebrar tabus.

Existem limites, mas a mente humana tem uma necessidade natural de fazer perguntas que não podem ser respondidas empiricamente. Este não é um luxo, mas o dever de uma pessoa encontrá-lo. Era uma vez uma crença de que muita curiosidade nos afasta de Deus. Nós mesmos criamos um tabu - Deus não pode ser conhecido porque perderemos a fé. Pessoas autênticas que são respeitadas são primariamente confiáveis, e sua humildade foi condicionada pelo contexto cultural. O homem instruído começou a se afastar de Deus, alegando que não acreditaria nessa "superstição".

Houve muitos mal-entendidos porque às vezes não valorizamos a busca da verdade. O cristianismo nunca declarou oficialmente tal fórmula, porque a fé precisa da ajuda da razão para conhecer a verdade e até discutir com o Senhor Deus. Podemos realmente conhecê-lo? Esse é outro problema, mas não nos exime da obrigação de buscar constantemente, porque temos um motivo. A Igreja hoje repete que não há contradição entre fé e razão. Mesmo que ele derrote alguns dogmas?

S: Não precisamos ter medo, a mente não pode derrubar nenhum dogma, e se o fizer, significa que não temos que lidar com dogma, mas com uma fórmula humana sem cobertura. A razão é destruir a mentira, mas a verdade nunca falha. Sabemos disso pela história da Igreja, mesmo que tenha sido muito difícil, a Igreja conseguiu se limpar das mentiras, e estamos orgulhosos disso.

Um exemplo da relação entre a tripulação de duas naves espaciais pode servir de ilustração, após o retorno da tripulação de uma delas foi dito: não existe Deus, e a outra é tão linda que só pode ser criada por Deus . Então, se há tabu, é um ser temporário devido às condições culturais e sociais, que está associado principalmente ao medo de lidar com algo arriscado em termos de perda de uma posição científica. Esta palavra mágica - organização - tem sua origem, a pergunta permanece - o quê?

Portanto, Deus conhece as coisas como elas são, e nós somos como elas são. R: Você pode não concordar comigo, mas algo que não pode ser testado experimentalmente sempre será mais difícil de aceitar. Principalmente no campo da física. N: O mesmo Kant diz: Tenho conhecimento limitado para dar lugar à fé. Onde há limites de conhecimento, minha fé começa.

N: A razão para este cientista é esta: todas as evidências da existência de Deus eram falsas, então Deus não existe. Enquanto isso, apenas a metodologia é testada da seguinte forma: todas as evidências da existência de Deus eram falsas, mas nenhuma conclusão sobre sua existência ou sua existência pode ser feita. E isso está realmente fora do escopo, mas também há um grande problema aqui - a metodologia de pesquisa certa: certa ou errada, isso se aplica a todos os campos, seja física, astronomia, filosofia ou teologia.

Por que é usado para descobrir segredos - uma necessidade natural de aprofundar o conhecimento, progredir ou satisfazer as necessidades subjetivas de pesquisadores individuais? Isso pode ser visto no exemplo dos chamados desinibidos. pesquisa básica. Sua natureza é descobrir os segredos da natureza, independentemente do incentivo frequentemente usado para usá-los diretamente. Quando Faraday descobriu o fenômeno da indução eletromagnética, perguntaram-lhe como seria ter a humanidade?

Ele evasivamente disse que você certamente pagaria impostos e não se voltaria para o lado científico da descoberta. Sua necessidade subjetiva era o desejo de saber e a satisfação que vinha disso. Parece-me que o uso da utilidade da pesquisa não se justifica.

Deixe a universidade em pesquisa básica continuar a fazer perguntas sobre o porquê e descobrir novas leis ou regulamentos, e as faculdades de uso técnico devem usá-las para tornar a vida mais fácil, mais conveniente, mais interessante, atraente etc. a transferência incorreta desta unidade não adiantará. S.: A busca da verdade é desinteressada. A criança levanta milhares de perguntas e os pais as respondem. Quando Colombo fez uma viagem ao redor do mundo, foi perguntado por que ele estava indo para lá.

Pois o mundo inteiro foi criado. Mas ele precisava saber fluir por si mesmo. Ele nos mata com a afirmação de que tudo deve ser útil. Pois neste caso a verdade é tratada instrumentalmente, sabendo que o mistério também desempenha um papel importante. A questão do sentido da vida humana torna-se completamente inútil em nossa cultura. Mas, por outro lado, se não fizéssemos essa pergunta, nossa vida não teria sentido. Primeiro, há altruísmo, e então pode acontecer que a verdade seja usada de diferentes maneiras em benefício da vida pessoal, social, econômica e política.

* (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 57.)

Para cada abertura você precisa estar bem preparado. Cada descoberta, mesmo a chamada catástrofe medial, é coberta pelo vasto conhecimento e experiência do pesquisador. Somente grande conhecimento, imaginação e ir além do arcabouço tradicional da pesquisa científica nos permitem ver algo novo, novo, desconhecido, e então chamado de descoberta. Copérnico foi condenado não porque não gostasse dele, por exemplo, ele era de Torun, mas porque não conseguia entender que a Bíblia não pode ser lida literalmente. Muitas vezes o pesquisador se depara com uma abordagem vulgar de aprendizado, conhecimento e mal-entendidos.

Às vezes o descobridor está à frente de seu tempo, apenas a nova geração aceita sua descoberta. Também temos hoje uma tendência natural de colocar confortavelmente o mundo em diferentes direções, para que não precisemos pensar, apenas consumir. Um exemplo é James Clerk Maxwell, cuja famosa equação é nossa civilização; Sem eles, seria difícil imaginar o sucesso e o desenvolvimento de hoje. No entanto, a compreensão de Maxwell do mecanismo de propagação eletromagnética não se encaixa na interpretação atual desse fenômeno.

Além disso, Olivier Heaviside, outro cientista e matemático, tornou suas fórmulas matemáticas e matemáticas muito úteis. Este é um exemplo da essência e tipo de continuidade da ciência: muitos cientistas, mesmo "os menores", contribuíram para o conhecimento universal. Isso não é reconfortante em uma era de mais uma humilhação do mundo acadêmico? Quais são os segredos da ciência moderna que enfrentam as maiores oportunidades de pesquisa?

Os cientistas ainda estão se perguntando por que a carga do próton é positiva e a do elétron é negativa? Que propriedades tem a antimatéria? Como se comporta um material conhecido em temperaturas muito altas? Essas perguntas realmente importam. Estamos falando de temperaturas comparáveis à temperatura interna do Sol. Este é um grande problema para os físicos, muito importante no contexto da busca por novas fontes de energia.

Para ilustrar a importância desse problema para a humanidade, basta dar uma das estimativas. Em uma situação de tão grande progresso na ciência, o uso da natureza a serviço da humanidade, o problema continua sendo um homem cada vez mais confuso. As mudanças estão começando a se confundir. O desenvolvimento inexplorado da ciência não tem um impacto negativo no desenvolvimento intelectual das sociedades, mas, pelo contrário, multiplicam-se fenómenos negativos, como o analfabetismo secundário.

* (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 335.)

* (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 445.)

** (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 478.)

*** (M. Faraday, Pesquisa experimental em eletricidade, Vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 487.)

* (E. X. Lenz, Obras Selecionadas, Ed. AN SSSR, 1950, pp. 148-149.)

O aquecimento do fio por corrente galvânica é proporcional à resistência do fio.
O aquecimento do fio por uma corrente galvânica é proporcional ao quadrado da corrente utilizada para o aquecimento "**.

* (E. X. Lenz, Obras Selecionadas, Ed. AN SSSR, 1950, p. 361.)

** (E. X. Lenz, Obras Selecionadas, Ed. AN SSSR, 1950, p. 441.)

Henry pela primeira vez (1832) observou o fenômeno da auto-indução, e sua prioridade é marcada pelo nome da unidade de auto-indução "henry".

Em 1858 P. Blaserna(1836-1918) fez uma curva de ressonância experimental de oscilações elétricas, estudando a ação de um circuito indutor de descarga contendo um banco de capacitores e condutores de fechamento para um circuito lateral, com comprimento variável do condutor induzido. No mesmo 1858 Wilhelm Feddersen(1832-1918) observou a descarga de faísca de uma garrafa de Leyden em um espelho giratório e, em 1862, fotografou a imagem de uma descarga de faísca em um espelho giratório. Assim, a natureza oscilatória da descarga foi estabelecida com total clareza. Ao mesmo tempo, a fórmula de Thomson foi verificada experimentalmente. Assim, passo a passo, a doutrina da vibrações elétricas, constituindo a base científica da engenharia elétrica de correntes alternadas e engenharia de rádio.

Em 1821, Michael Faraday escreveu em seu diário: "Transforme o magnetismo em eletricidade". Após 10 anos, este problema foi resolvido por ele.
A descoberta de Faraday
Não é por acaso que o primeiro e mais importante 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. Logo após a descoberta de Oersted, ele escreveu: “... tempo em bons condutores de eletricidade colocados na esfera dessa ação, nenhuma corrente foi induzida, nenhuma ação apreciável ocorreu, equivalente em força a tal corrente. O trabalho árduo de dez anos e a fé no sucesso levaram Faraday à descoberta, que mais tarde serviu de base para o projeto de geradores de todas as usinas do mundo, convertendo energia mecânica em energia elétrica. (Fontes que operam em outros princípios: células galvânicas, baterias, termocélulas e fotocélulas - fornecem uma parcela insignificante da energia elétrica gerada.)
Por muito tempo, a relação entre fenômenos elétricos e magnéticos não pôde ser detectada. Era difícil pensar no ponto principal: apenas um campo magnético variável no tempo pode excitar uma corrente elétrica em uma bobina fixa, ou a própria bobina deve se mover em um campo magnético.
A descoberta da indução eletromagnética, como Faraday chamou esse fenômeno, foi feita em 29 de agosto de 1831. Um caso raro em que a data de uma nova descoberta notável é conhecida com tanta precisão.Aqui está uma breve descrição da primeira experiência dada 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... o mesmo foi notado quando a corrente parou. Com a passagem contínua de corrente por uma das espirais, não foi possível notar nem o efeito no galvanômetro, nem em geral nenhum efeito indutivo na outra espiral, apesar disso. 5.1
argumentando que o aquecimento de toda a bobina conectada à bateria, e o brilho da faísca que saltava entre as brasas, testemunhavam a potência da bateria.
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 fechar e abrir o circuito, Faraday provou através de experimentos que a corrente surge quando as bobinas se movem uma em relação à outra (Fig. 5.1). 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 o empurrar (ou puxar) do ímã (Fig. 5.2). Dentro de um mês, Faraday descobriu experimentalmente todas as características essenciais do fenômeno da indução eletromagnética. Restava apenas dar à lei uma forma quantitativa estrita e revelar plenamente a natureza física do fenômeno.
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 superfície delimitada por este circuito muda. E quanto mais rápido o número de linhas de indução magnética muda, maior a corrente 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 em um condutor fixo devido a uma mudança na intensidade da corrente em uma bobina adjacente e uma mudança no número de linhas devido ao movimento do circuito em um campo magnético não homogêneo , cuja densidade de linhas varia no espaço (Fig. 5.3).
Faraday não apenas descobriu o fenômeno, mas também foi o primeiro a construir um modelo imperfeito, porém imperfeito, de um gerador de corrente elétrica que converte a energia mecânica de rotação em corrente. Era um disco de cobre maciço girando entre os pólos de um ímã forte (Figura 5.4). Ao anexar o eixo e a borda do disco ao galvanômetro, Faraday descobriu um desvio
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Tópico da lição:

Descoberta da indução eletromagnética. fluxo magnético.

Descoberta da indução eletromagnética

A redação da lei

fluxo magnético

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