Fenomenul de inducție electromagnetică constă în faptul că, odată cu orice modificare a fluxului magnetic care pătrunde în circuitul unui conductor închis, se formează un curent electric în acest conductor, care există pe parcursul întregului proces de modificare a fluxului magnetic. Fenomenul de inducție electromagnetică poate fi detectat în următoarele situații:

1. cu mișcare relativă a bobinei și magnetului;

2. când inducţia câmpului magnetic se modifică într-un circuit care este situat perpendicular pe liniile câmpului magnetic.

În această poză bobina A, care este inclus în circuitul sursei de curent, este introdus într-o altă bobină CU care este conectat la galvanometru. La închiderea și deschiderea circuitului bobinei Aîntr-o bobină CU se formează un curent de inducție. Curentul de inducție apare și atunci când curentul din bobină se modifică CU sau când bobinele se mișcă unul față de celălalt;

3. la schimbarea poziţiei unui circuit situat într-un câmp magnetic constant.

Curentul din circuit poate apărea și atunci când circuitul se rotește în câmpul unui magnet permanent (Fig. A), și când magnetul însuși se rotește în interiorul circuitului (Fig. b).

Descoperirea inducției electromagnetice este una dintre cele mai semnificative descoperiri ale secolului al XIX-lea. A provocat apariția și dezvoltarea rapidă a ingineriei electrice și a ingineriei radio.

Pe baza fenomenului de inducție electromagnetică, au fost înființate generatoare de energie electrică puternice, la dezvoltarea cărora au participat oameni de știință și tehnicieni din diferite țări. Printre aceștia s-au numărat și oameni de știință ruși: Emilius Khristianovici Lenz, Boris Semenovici Jacobi, Mihail Iosifovich Dolivo-Dobrovolsky și alții, care au avut o mare contribuție la dezvoltarea ingineriei electrice.

Inducția electromagnetică a fost descoperită de Faraday în 1831.

Pentru a demonstra acest fenomen, să luăm un magnet staționar și o bobină de sârmă, ale căror capete vor fi conectate la un galvanometru. Dacă bobina este adusă mai aproape de unul dintre polii magnetului, atunci în timpul mișcării acul galvanometrului se deviază - un curent electric este excitat în bobină. Când bobina se mișcă în direcția opusă, direcția curentului este inversată. Același lucru se întâmplă dacă rotiți magnetul cu 180 de grade fără a schimba direcția de mișcare a bobinei.

Excitația unui curent electric atunci când un conductor se mișcă într-un câmp magnetic se explică prin acțiunea forței Lorentz care are loc atunci când conductorul se mișcă.

Să luăm în considerare cazul în care două fire paralele AB și CD sunt închise, iar în dreapta sunt deschise. Puntea conductoare BC poate aluneca liber de-a lungul firelor. Când puntea se mișcă spre dreapta cu viteza v, electronii și ionii pozitivi se mișcă odată cu ea. Fiecare sarcină în mișcare într-un câmp magnetic este acționată de forța Lorentz . Acționează în jos asupra ionilor pozitivi și în sus asupra celor negativi. Ca rezultat, electronii vor începe să se miște în sus de-a lungul podului, adică. Un curent electric va curge prin el, îndreptat în jos. După ce au redistribuit sarcinile, acestea vor crea un câmp electric, care va excita curenți în alte părți ale circuitului ABCD.

Forța Lorentz F în experiment joacă rolul unei forțe externe care excită un curent electric.

02. Forța electromotoare de inducție(EMF) este o mărime fizică scalară care caracterizează munca forțelor externe în surse de curent continuu sau alternativ.

Semnul minus este plasat deoarece este un câmp al unei terțe părți direcționat împotriva bypass-ului pozitiv al circuitului.

Valoarea lv este creșterea zonei conturului ABCD pe unitatea de timp sau rata de creștere a acestei zone. Prin urmare este egal cu

Legea de bază a inducției electromagnetice (forma diferențială a legii inducției electromagnetice)

Când un fir închis se mișcă într-un câmp magnetic, o forță electromotoare este excitată în el, proporțională cu rata de creștere a fluxului magnetic care pătrunde în circuitul firului.

03. Regula lui Lenz (principiul lui Le Chatelier)

Curentul indus are întotdeauna o astfel de direcție încât slăbește acțiunea cauzei care excită acest curent.

Să luăm o bobină închisă de sârmă într-un câmp magnetic, direcția pozitivă a circuitului său formând un sistem de dreapta cu direcția câmpului. Să presupunem că fluxul magnetic F crește. Apoi, conform formulei
, valoare va fi negativ, iar curentul indus în bobină va curge în direcția negativă. Un astfel de curent, care slăbește câmpul magnetic extern, va împiedica creșterea fluxului magnetic.

Să scadă acum fluxul magnetic Ф. Apoi valoarea va deveni pozitiv, iar curentul indus în bobină va curge într-o direcție pozitivă și va împiedica scăderea câmpului magnetic și a fluxului magnetic.

04. Inductanța firului.

Să considerăm un fir închis subțire prin care circulă un curent continuu I. În interiorul firului, paralel cu axa acestuia, desenăm un contur matematic închis arbitrar s și stabilim direcția pozitivă pe el. Dacă nu există corpuri ferimagnetice în spațiu, atunci mărimea lui B (câmpul magnetic al curentului) și Ф (fluxul magnetic) va fi proporțională cu curentul.

aici este puterea curentă în sistemul Gaussian de unități și este puterea curentă în sistemul SGSM.

Auto-inductanța sau coeficientul de auto-inductanță al unui fir. Nu depinde de puterea curentului, este determinată doar de dimensiunea și configurația firului în sine.

Inductie electromagnetica- fenomenul de aparitie a curentului electric intr-un circuit inchis cand se modifica fluxul magnetic care trece prin acesta. Inducția electromagnetică a fost descoperită de Michael Faraday la 29 august 1831. El a descoperit că forța electromotoare (EMF) care apare într-un circuit conductor închis este proporțională cu rata de schimbare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de acest circuit. Mărimea forței electromotoare nu depinde de ceea ce cauzează schimbarea fluxului - o modificare a câmpului magnetic în sine sau mișcarea circuitului (sau a unei părți a acestuia) în câmpul magnetic. Curentul electric cauzat de această fem se numește curent indus.

YouTube enciclopedic

• 1 / 5

  Conform legii lui Faraday a inducției electromagnetice (în SI):

  E = - d Φ B d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi _(B)) \over dt))- forța electromotoare care acționează de-a lungul unui contur ales arbitrar, = ∬ S B → ⋅ d S → , (\displaystyle =\iint \limits _(S)(\vec (B))\cdot d(\vec (S)),)- flux magnetic prin suprafata limitata de acest contur.

  Semnul minus din formulă reflectă regula lui Lenz, numit după fizicianul rus E. H. Lenz:

  Un curent indus care apare într-un circuit conductor închis are o astfel de direcție încât câmpul magnetic pe care îl creează contracarează modificarea fluxului magnetic care a cauzat curentul.

  Pentru o bobină situată într-un câmp magnetic alternativ, legea lui Faraday poate fi scrisă după cum urmează:

  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)))- forta electromotoare, N (\displaystyle N)- numărul de ture, Φ B (\displaystyle \Phi _(B))- flux magnetic printr-o tură, Ψ (\displaystyle \Psi )- legătura fluxului bobinei.

  Forma vectoriala

  În formă diferențială, legea lui Faraday poate fi scrisă după cum urmează:

  putregai E → = - ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (putrecerea) \,(\vec (E))=-(\partial (\vec (B)) \over \partial t))(în sistemul SI) putregai E → = − 1 c ∂ B → ∂ t (\displaystyle \operatorname (putrecerea) \,(\vec (E))=-(1 \over c)(\partial (\vec (B)) \over \ t parțial))(în sistemul GHS).

  În formă integrală (echivalent):

  ∮ ∂ S ⁡ E → ⋅ d l → = − ∂ ∂ t ∫ S B → ⋅ re 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 → ⋅ re 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)

  Aici E → (\displaystyle (\vec (E)))- intensitatea câmpului electric, B → (\displaystyle (\vec (B)))- inductie magnetica, S (\displaystyle S\ )- o suprafață arbitrară, - limita sa. Bucla de integrare ∂ S (\displaystyle \partial S) implicit fix (imobil).

  Trebuie remarcat faptul că legea lui Faraday sub această formă descrie în mod evident doar acea parte a EMF care apare atunci când fluxul magnetic prin circuit se modifică datorită unei modificări a câmpului însuși în timp, fără a modifica (deplasa) limitele circuitului (pentru ținând cont de acestea din urmă, vezi mai jos).

  Dacă, de exemplu, câmpul magnetic este constant și fluxul magnetic se modifică din cauza mișcării limitelor circuitului (de exemplu, cu o creștere a ariei sale), atunci EMF rezultat este generat de forțele care dețin sarcini pe circuit (în conductor) și forța Lorentz generată de acțiunea directă a câmpului magnetic asupra sarcinilor în mișcare (cu contur). În același timp, egalitate E = - d Φ / d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi )/dt)) continuă să fie observat, dar EMF din partea stângă nu se mai reduce la ∮ ⁡ E → ⋅ d l → (\displaystyle \oint (\vec (E))\cdot (\vec (dl)))(care în acest exemplu particular este în general egal cu zero). În cazul general (când câmpul magnetic se modifică în timp, iar circuitul se mișcă sau își schimbă forma), ultima formulă este și ea adevărată, dar EMF din partea stângă în acest caz este suma ambilor termeni menționați mai sus (adică , este generat parțial de câmpul electric vortex și parțial de forța Lorentz și forța de reacție a unui conductor în mișcare).

  Forma potențială

  Când se exprimă câmpul magnetic prin potențialul vectorial, legea lui Faraday ia forma:

  E → = − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-(\partial (\vec (A)) \over \partial t))(în absența unui câmp irotațional, adică atunci când câmpul electric este generat în întregime doar printr-o modificare a câmpului magnetic, adică prin inducție electromagnetică).

  În cazul general, luând în considerare câmpul irrotațional (de exemplu, electrostatic), avem:

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

  Mai multe detalii

  Deoarece vectorul de inducție magnetică, prin definiție, este exprimat prin potențialul vectorial după cum urmează:

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

  atunci puteți înlocui această expresie în

  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)),)

  și, inversând diferențierea în timp și coordonatele spațiale (rotor):

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

  Prin urmare, din moment ce ∇ × E → (\displaystyle \nabla \times (\vec (E))) este complet determinată de partea dreaptă a ultimei ecuații, este clar că partea de vortex a câmpului electric (partea care are un rotor, spre deosebire de câmpul irotațional ∇ φ (\displaystyle \nabla \varphi )) - este complet determinată de expresie

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

  Acestea. în absența unei părți irotaționale, putem scrie

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

  iar în cazul general

  E → = − ∇ φ − d A → d t . (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\frac (d(\vec (A)))(dt)).)În 1831, a venit triumful: a descoperit fenomenul inducției electromagnetice. Configurația în care Faraday și-a făcut descoperirea a implicat Faraday să facă un inel de fier moale de aproximativ 2 cm lățime și 20 cm în diametru și să înfășoare multe spire de sârmă de cupru pe fiecare jumătate a inelului. Circuitul unei înfășurări a fost închis de un fir, în rândurile sale era un ac magnetic, îndepărtat suficient pentru ca efectul magnetismului creat în inel să nu afecteze. Curentul de la o baterie de celule galvanice a fost trecut prin a doua înfășurare. Când curentul a fost pornit, acul magnetic a făcut mai multe oscilații și s-a calmat; când curentul a fost întrerupt, acul a oscilat din nou. S-a dovedit că acul a deviat într-o direcție când curentul a fost pornit și în cealaltă când curentul a fost întrerupt. M. Faraday a stabilit că este posibilă „conversia magnetismului în electricitate” folosind un magnet obișnuit.

  În același timp, fizicianul american Joseph Henry a realizat cu succes experimente privind inducerea curenților, dar în timp ce era pe punctul de a publica rezultatele experimentelor sale, în presă a apărut un mesaj al lui M. Faraday despre descoperirea inducției electromagnetice.

  M. Faraday a căutat să folosească fenomenul descoperit pentru a obține o nouă sursă de electricitate.

  Astăzi vom vorbi despre fenomenul inducției electromagnetice. Să dezvăluim de ce a fost descoperit acest fenomen și ce beneficii a adus.

  Mătase

  Oamenii s-au străduit întotdeauna să trăiască mai bine. Unii ar putea crede că acesta este un motiv pentru a acuza omenirea de lăcomie. Dar de multe ori vorbim despre dobândirea facilităților de bază ale gospodăriei.

  În Europa medievală știau să facă țesături din lână, bumbac și in. Și chiar și în acel moment, oamenii sufereau de un exces de purici și păduchi. În același timp, civilizația chineză a învățat deja cum să țese mătasea cu măiestrie. Hainele făcute din el îi țineau departe de pielea umană. Picioarele insectelor au alunecat peste materialul neted, iar păduchii au căzut. Prin urmare, europenii doreau cu orice preț să se îmbrace în mătase. Iar negustorii au crezut că aceasta este o altă ocazie de a se îmbogăți. Prin urmare, a fost construit Marele Drum al Mătăsii.

  Acesta a fost singurul mod de a livra țesătura dorită Europei suferinde. Și atât de mulți oameni au fost implicați în proces, încât orașele au apărut ca urmare, imperiile s-au luptat pentru dreptul de a percepe taxe, iar unele părți ale traseului sunt încă cea mai convenabilă modalitate de a ajunge la locul potrivit.

  Busolă și stea

  

  Munții și deșerturile stăteau în calea caravanelor cu mătase. S-a întâmplat ca caracterul zonei să rămână același timp de săptămâni și luni. Dunele de stepă au făcut loc unor dealuri asemănătoare, o trecătorie a urmat alta. Și oamenii au trebuit cumva să navigheze pentru a-și livra marfa lor valoroasă.

  Vedetele au fost primele care au venit în ajutor. Știind ce zi este astăzi și la ce constelații să se aștepte, un călător experimentat putea oricând să stabilească unde se află sudul, unde este estul și unde să meargă. Dar întotdeauna nu au fost destui oameni cu cunoștințe suficiente. Și nu știau cum să numere cu precizie timpul pe atunci. Apus, răsărit - acestea sunt toate reperele. Și o zăpadă sau o furtună de nisip, vremea înnorată a exclus chiar și posibilitatea de a vedea steaua polară.

  Atunci oamenii (probabil chinezii antici, dar oamenii de știință încă se ceartă despre asta) și-au dat seama că un mineral este întotdeauna situat într-un anumit mod în raport cu punctele cardinale. Această proprietate a fost folosită pentru a crea prima busolă. Descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică era departe, dar un început fusese făcut.

  De la busolă la magnet

  

  Numele „magnet” în sine se întoarce la toponim. Primele busole au fost probabil făcute din minereu extras în dealurile Magnesiei. Această regiune este situată în Asia Mică. Iar magneții arătau ca niște pietre negre.

  Primele busole erau foarte primitive. Apa a fost turnată într-un vas sau alt recipient, iar deasupra a fost plasat un disc subțire de material plutitor. Și o săgeată magnetizată a fost plasată în centrul discului. Un capăt îndreptat întotdeauna spre nord, celălalt spre sud.

  Este greu de imaginat că caravana a economisit apă pentru busolă în timp ce oamenii mureau de sete. Dar a rămâne pe drumul cel bun și a permite oamenilor, animalelor și bunurilor să ajungă în siguranță a fost mai important decât mai multe vieți individuale.

  Busolele au făcut multe călătorii și au întâlnit diverse fenomene naturale. Nu este surprinzător faptul că fenomenul inducției electromagnetice a fost descoperit în Europa, deși minereul magnetic a fost extras inițial în Asia. În acest mod complicat, dorința europenilor de a dormi mai confortabil a dus la o descoperire majoră în fizică.

  Magnetic sau electric?

  

  La începutul secolului al XIX-lea, oamenii de știință și-au dat seama cum să producă curent continuu. Prima baterie primitivă a fost creată. A fost suficient să trimiți un flux de electroni prin conductori metalici. Datorită primei surse de energie electrică, s-au făcut o serie de descoperiri.

  În 1820, omul de știință danez Hans Christian Oersted a aflat că acul magnetic deviază în apropierea unui conductor conectat la rețea. Polul pozitiv al busolei este întotdeauna situat într-un anumit mod în raport cu direcția curentului. Omul de știință a efectuat experimente în toate geometriile posibile: conductorul era deasupra sau sub săgeată, erau situate paralele sau perpendiculare. Rezultatul a fost întotdeauna același: curentul pornit a pus magnetul în mișcare. Așa a fost anticipată descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică.

  

  Dar ideea oamenilor de știință trebuie confirmată prin experiment. Imediat după experimentul lui Oersted, fizicianul englez Michael Faraday a pus întrebarea: „Câmpurile magnetice și electrice se influențează pur și simplu reciproc sau sunt mai strâns legate?” Omul de știință a fost primul care a testat ipoteza că, dacă un câmp electric determină devierea unui obiect magnetizat, atunci magnetul ar trebui să genereze un curent.

  Designul experimental este simplu. Acum orice școlar o poate repeta. Un fir subțire de metal a fost înfășurat în formă de arc. Capetele sale erau conectate la un dispozitiv care înregistra curentul. Când un magnet s-a deplasat lângă bobină, săgeata dispozitivului arăta tensiunea câmpului electric. Astfel, a fost derivată legea lui Faraday a inducției electromagnetice.

  Continuarea experimentelor

  Dar asta nu este tot ce a făcut omul de știință. Deoarece câmpurile magnetice și electrice sunt strâns legate, a fost necesar să aflăm cât de mult.

  Pentru a face acest lucru, Faraday a furnizat curent unei înfășurări și a împins-o în interiorul unei alte înfășurări similare cu o rază mai mare decât prima. Din nou electricitatea a fost indusă. Astfel, omul de știință a demonstrat: o sarcină în mișcare generează atât câmpuri electrice, cât și magnetice în același timp.

  Merită să subliniem că vorbim despre mișcarea unui magnet sau a unui câmp magnetic în interiorul unei bucle închise a unui arc. Adică fluxul trebuie să se schimbe tot timpul. Dacă acest lucru nu se întâmplă, nu se generează curent.

  Formulă

  Legea lui Faraday pentru inducția electromagnetică este exprimată prin formula

  Să descifrăm simbolurile.

  ε reprezintă emf sau forță electromotoare. Această cantitate este scalară (adică nu vectorială) și arată munca pe care o aplică anumite forțe sau legi ale naturii pentru a crea un curent. Trebuie remarcat faptul că munca trebuie în mod necesar să fie efectuată de fenomene neelectrice.

  Φ este fluxul magnetic printr-o buclă închisă. Această valoare este produsul altor două: mărimea vectorului de inducție magnetică B și aria buclei închise. Dacă câmpul magnetic nu acționează strict perpendicular pe contur, atunci la produs se adaugă cosinusul unghiului dintre vectorul B și normala la suprafață.

  Consecințele descoperirii

  

  Această lege a fost urmată de altele. Oamenii de știință ulterioare au stabilit dependența intensității curentului electric de puterea și rezistența materialului conductor. Au fost studiate noi proprietăți și au fost create aliaje incredibile. În cele din urmă, omenirea a descifrat structura atomului, a adâncit în misterul nașterii și morții stelelor și a dezvăluit genomul ființelor vii.

  Și toate aceste realizări au necesitat o cantitate imensă de resurse și, mai ales, energie electrică. Orice producție sau cercetare științifică la scară largă se desfășura acolo unde erau disponibile trei componente: personal calificat, materialul în sine cu care se lucrează și electricitate ieftină.

  Și acest lucru a fost posibil acolo unde forțele naturale puteau transmite un cuplu mare rotorului: râuri cu diferențe mari de altitudine, văi cu vânturi puternice, falii cu exces de energie geomagnetică.

  Este interesant că metoda modernă de generare a energiei electrice nu este fundamental diferită de experimentele lui Faraday. Rotorul magnetic se rotește foarte repede în interiorul unei bobine mari de sârmă. Câmpul magnetic din înfășurare se modifică tot timpul și se generează un curent electric.

  Desigur, a fost selectat cel mai bun material pentru magnet și conductori, iar tehnologia întregului proces este complet diferită. Dar ideea este un lucru: se folosește principiul descoperit în cel mai simplu sistem.

  După descoperirile lui Oersted și Ampere, a devenit clar că electricitatea are forță magnetică. Acum a fost necesar să se confirme influența fenomenelor magnetice asupra celor electrice. Faraday a rezolvat cu brio această problemă.

  Michael Faraday (1791-1867) s-a născut la Londra, într-una dintre cele mai sărace părți ale ei. Tatăl său era fierar, iar mama lui era fiica unui fermier. Când Faraday a ajuns la vârsta școlară, a fost trimis la școala primară. Cursul urmat de Faraday aici a fost foarte restrâns și s-a limitat doar la a învăța să citească, să scrie și să înceapă să numere.

  La câțiva pași de casa în care locuia familia Faraday se afla o librărie, care era și un loc de legătorie. Aici a ajuns Faraday, după ce a terminat cursul școlii primare, când a apărut întrebarea despre alegerea unei profesii pentru el. Michael avea doar 13 ani în acest moment. Deja în tinerețe, când Faraday tocmai începea autoeducația, a căutat să se bazeze exclusiv pe fapte și să verifice mesajele altora cu propriile experiențe.

  Aceste aspirații l-au dominat toată viața ca principalele trăsături ale activității sale științifice.Faraday a început să efectueze experimente fizico-chimice încă din copilărie, la prima cunoștință cu fizica și chimia. Într-o zi, Michael a participat la una dintre prelegerile lui Humphry Davy, marele fizician englez.

  Faraday a notat detaliat prelegerea, a legat-o și i-a trimis-o lui Davy. A fost atât de impresionat încât l-a invitat pe Faraday să lucreze cu el ca secretar. Curând, Davy a plecat într-o călătorie în Europa și l-a luat pe Faraday cu el. Pe parcursul a doi ani, au vizitat cele mai mari universități europene.

  Întors la Londra în 1815, Faraday a început să lucreze ca asistent într-unul dintre laboratoarele Royal Institution din Londra. La acea vreme era unul dintre cele mai bune laboratoare de fizică din lume.Din 1816 până în 1818, Faraday a publicat o serie de note mici și scurte memorii despre chimie. Prima lucrare a lui Faraday despre fizică datează din 1818.

  Bazat pe experiențele predecesorilor săi și combinând mai multe dintre propriile sale experiențe, până în septembrie 1821 Michael a publicat „Istoria progreselor electromagnetismului”. Deja în acest moment, el a format un concept complet corect despre esența fenomenului de deviere a unui ac magnetic sub influența curentului.

  După ce a obținut acest succes, Faraday și-a părăsit studiile în domeniul electricității timp de zece ani, dedicându-se studiului mai multor subiecte de alt fel. În 1823, Faraday a făcut una dintre cele mai importante descoperiri în domeniul fizicii - a fost primul care a lichefiat gazul și, în același timp, a stabilit o metodă simplă, dar eficientă de transformare a gazelor în lichid. În 1824, Faraday a făcut mai multe descoperiri în domeniul fizicii.

  Printre altele, a stabilit faptul că lumina afectează culoarea sticlei, schimbând-o. În anul următor, Faraday a trecut din nou de la fizică la chimie, iar rezultatul muncii sale în acest domeniu a fost descoperirea benzinei și a acidului sulf-naftalenic.

  În 1831, Faraday a publicat un tratat „Despre un tip special de iluzie optică”, care a servit drept bază pentru un proiectil optic excelent și curios numit „cromotrop”. În același an, a fost publicat un alt tratat al omului de știință, „Despre plăcile vibrante”. Multe dintre aceste lucrări ar putea ele însele să imortalizeze numele autorului lor. Dar cele mai importante dintre lucrările științifice ale lui Faraday sunt studiile sale în domeniul electromagnetismului și inducției electrice.

  Strict vorbind, o ramură importantă a fizicii care tratează fenomenele de electromagnetism și electricitate inductivă și care este în prezent de o importanță atât de enormă pentru tehnologie, a fost creată de Faraday din nimic.

  În momentul în care Faraday s-a dedicat în cele din urmă cercetării în domeniul electricității, s-a stabilit că în condiții obișnuite prezența unui corp electrificat este suficientă pentru ca influența sa să excite electricitatea în orice alt corp. Totodată, se știa că un fir prin care trece curentul și care reprezintă și un corp electrificat nu are niciun efect asupra altor fire amplasate în apropiere.

  Ce a cauzat această excepție? Aceasta este întrebarea care l-a interesat pe Faraday și a cărei soluție l-a condus la cele mai importante descoperiri în domeniul electricității de inducție. După cum era obiceiul său, Faraday a început o serie de experimente menite să clarifice esența problemei.

  Faraday a înfășurat două fire izolate paralele între ele pe același sucisor de lemn. El a conectat capetele unui fir la o baterie de zece celule, iar capetele celuilalt la un galvanometru sensibil. Când curentul a trecut prin primul fir,

  Faraday și-a îndreptat toată atenția către galvanometru, așteptându-se să observe din vibrațiile acestuia apariția unui curent în al doilea fir. Cu toate acestea, nu s-a întâmplat nimic de acest fel: galvanometrul a rămas calm. Faraday a decis să mărească puterea curentului și a introdus 120 de elemente galvanice în circuit. Rezultatul a fost același. Faraday a repetat acest experiment de zeci de ori și tot cu același succes.

  Oricine altcineva în locul lui ar fi părăsit experimentele convins că curentul care trece printr-un fir nu are efect asupra firului vecin. Dar Faraday a încercat întotdeauna să extragă din experimentele și observațiile sale tot ce puteau da acestea și, prin urmare, neprimind un efect direct asupra firului conectat la galvanometru, a început să caute efecte secundare.

  El a observat imediat că galvanometrul, rămânând complet calm pe toată durata trecerii curentului, începe să oscileze atunci când circuitul în sine este închis și când este deschis. Sa dovedit că în momentul în care un curent este trecut în primul fir și de asemenea, atunci când această transmisie se oprește, la al doilea fir este și el excitat de un curent, care în primul caz are sens opus primului curent și la fel cu acesta în al doilea caz și durează doar o clipă.

  Acești curenți instantanei secundari, cauzați de influența celor primari, au fost numiți inductivi de Faraday, iar acest nume a rămas cu ei până în zilele noastre. Fiind instantanee, dispărând instantaneu după apariția lor, curenții inductivi nu ar avea nicio semnificație practică dacă Faraday nu ar fi găsit o modalitate, cu ajutorul unui dispozitiv ingenios (un comutator), de a întrerupe și reconduce constant curentul primar care vine din baterie. de-a lungul primului fir, datorită căruia al doilea fir este excitat continuu de curenți inductivi din ce în ce mai noi, devenind astfel constant. Astfel, s-a găsit o nouă sursă de energie electrică, pe lângă cele cunoscute anterior (frecare și procese chimice), - inducția, și un nou tip de această energie - electricitatea inductivă.

  Continuând experimentele sale, Faraday a descoperit în continuare că simpla aducere a unui fir răsucit într-o curbă închisă aproape de altul prin care curge un curent galvanic este suficient pentru a excita un curent inductiv în firul neutru în direcția opusă curentului galvanic și că îndepărtarea curentului galvanic. firul neutru excită din nou un curent inductiv în el. curentul este deja în aceeași direcție cu curentul galvanic care curge de-a lungul unui fir staționar și că, în cele din urmă, acești curenți inductivi sunt excitați numai în timpul apropierii și îndepărtarii firului de conductor a curentului galvanic, iar fără această mișcare curenții nu sunt excitați, oricât de apropiate sunt firele unul de celălalt.

  Astfel, a fost descoperit un nou fenomen, asemănător cu fenomenul de inducție descris mai sus când curentul galvanic se închide și se oprește. Aceste descoperiri au dat naștere la rândul lor la altele noi. Dacă este posibil să se provoace un curent inductiv prin scurtcircuitarea și oprirea curentului galvanic, atunci nu s-ar obține același rezultat prin magnetizarea și demagnetizarea fierului?

  Lucrările lui Oersted și Ampere stabiliseră deja relația dintre magnetism și electricitate. Se știa că fierul devine un magnet atunci când un fir izolat este înfășurat în jurul lui și un curent galvanic trece prin el și că proprietățile magnetice ale acestui fier încetează de îndată ce curentul se oprește.

  Pe baza acestui lucru, Faraday a venit cu acest tip de experiment: două fire izolate au fost înfășurate în jurul unui inel de fier; cu un fir înfășurat în jurul unei jumătăți a inelului, iar celălalt în jurul celeilalte. Curentul de la o baterie galvanică a fost trecut printr-un fir, iar capetele celuilalt au fost conectate la un galvanometru. Și astfel, când curentul s-a închis sau s-a oprit și când, în consecință, inelul de fier a fost magnetizat sau demagnetizat, acul galvanometrului a oscilat rapid și apoi s-a oprit rapid, adică aceiași curenți inductivi instantanei au fost excitați în firul neutru - de data aceasta: deja sub influenţa magnetismului.

  Astfel, aici pentru prima dată magnetismul a fost transformat în electricitate. După ce a primit aceste rezultate, Faraday a decis să-și diversifice experimentele. În loc de un inel de fier, a început să folosească o bandă de fier. În loc să excite magnetismul fierului prin curent galvanic, el a magnetizat fierul atingându-l de un magnet permanent din oțel. Rezultatul a fost același: mereu în sârmă înfășurată în jurul fierului de călcat! a fost excitat un curent în momentul magnetizării şi demagnetizării fierului.

  Apoi Faraday a introdus un magnet de oțel în spirala sârmei - apropierea și îndepărtarea acestuia din urmă a provocat curenți induși în sârmă. Într-un cuvânt, magnetismul, în sensul de excitație a curenților de inducție, a acționat exact în același mod ca și curentul galvanic.

  La acea vreme, fizicienii erau intens interesați de un fenomen misterios, descoperit în 1824 de Arago și care nu putea fi explicat, în ciuda; faptul că această explicație a fost intens căutată de oameni de știință remarcabili ai vremii precum Arago însuși, Ampère, Poisson, Babage și Herschel.

  Ideea era următoarea. Un ac magnetic, care atârnă liber, se oprește rapid dacă este plasat sub el un cerc de metal nemagnetic; Dacă cercul este apoi pus în rotație, acul magnetic începe să se miște în spatele lui.

  Într-o stare de calm, era imposibil să descoperi cea mai mică atracție sau repulsie între cerc și săgeată, în timp ce același cerc, în mișcare, trăgea în spate nu doar o săgeată ușoară, ci și un magnet greu. Acest fenomen cu adevărat miraculos li s-a părut oamenilor de știință de atunci un mister misterios, ceva dincolo de limitele naturalului.

  Faraday, pe baza datelor de mai sus, a presupus că un cerc de metal nemagnetic, sub influența unui magnet, în timpul rotației este condus de curenți inductivi, care afectează acul magnetic și îl trage de-a lungul magnetului.

  Și într-adevăr, introducând marginea unui cerc între polii unui magnet mare de potcoavă și conectând centrul și marginea cercului cu un galvanometru cu un fir, Faraday a obținut un curent electric constant atunci când cercul s-a rotit.

  În continuare, Faraday s-a concentrat asupra unui alt fenomen care trezea atunci curiozitatea generală. După cum știți, dacă presărați pilitură de fier pe un magnet, acestea se grupează de-a lungul unor linii numite curbe magnetice. Faraday, atrăgând atenția asupra acestui fenomen, a dat bazele curbelor magnetice în 1831 denumirea de „linii de forță magnetică”, care a intrat apoi în uz general.

  Studiul acestor „linii” l-a condus pe Faraday la o nouă descoperire; s-a dovedit că pentru a excita curenții induși, apropierea și distanța sursei de polul magnetic nu sunt necesare. Pentru a excita curenții, este suficient să traversați liniile de forță magnetică într-un mod cunoscut.

  Lucrarea ulterioară a lui Faraday în direcția amintită a căpătat, din punct de vedere contemporan, caracterul a ceva absolut miraculos. La începutul anului 1832, a demonstrat un dispozitiv în care curenții inductivi erau excitați fără ajutorul unui magnet sau curent galvanic.

  Dispozitivul consta dintr-o bandă de fier plasată într-o bobină de sârmă. Acest dispozitiv, în condiții obișnuite, nu a dat cel mai mic semn al apariției curenților în el; dar de îndată ce i s-a dat o direcție corespunzătoare direcției acului magnetic, un curent a fost excitat în fir.

  Apoi Faraday a dat poziția acului magnetic unei bobine și apoi a introdus o bandă de fier în ea: curentul a fost din nou excitat. Motivul care a provocat curentul în aceste cazuri a fost magnetismul pământesc, care a provocat curenți inductivi precum un magnet obișnuit sau curent galvanic. Pentru a arăta și a dovedi mai clar acest lucru, Faraday a întreprins un alt experiment, care a confirmat pe deplin considerațiile sale.

  El a argumentat că, dacă un cerc de metal nemagnetic, cum ar fi cuprul, care se rotește într-o poziție în care intersectează liniile de forță magnetică ale unui magnet adiacent, produce un curent inductiv, atunci același cerc se rotește în absența unui magnet, dar într-o poziție în care cercul va traversa liniile magnetismului pământesc, trebuie să dea și un curent inductiv.

  Și într-adevăr, un cerc de cupru rotit într-un plan orizontal a produs un curent inductiv care a produs o deviație vizibilă a acului galvanometrului. Faraday și-a încheiat seria de studii în domeniul inducției electrice cu descoperirea, făcută în 1835, a „influenței inductive a curentului asupra lui însuși”.

  El a aflat că atunci când un curent galvanic este închis sau deschis, curenții inductivi instantanei sunt excitați în firul însuși, care servește drept conductor pentru acest curent.

  Fizicianul rus Emil Khristoforovici Lenz (1804-1861) a dat o regulă pentru determinarea direcției curentului de inducție. „Curentul de inducție este întotdeauna direcționat în așa fel încât câmpul magnetic pe care îl creează complică sau inhibă mișcarea care provoacă inducția”, notează A.A. Korobko-Stefanov în articolul său despre inducția electromagnetică. - De exemplu, atunci când o bobină se apropie de un magnet, curentul indus rezultat are o astfel de direcție încât câmpul magnetic pe care îl creează va fi opus câmpului magnetic al magnetului. Ca rezultat, între bobină și magnet apar forțe de respingere.

  Regula lui Lenz decurge din legea conservării și transformării energiei. Dacă curenții induși ar accelera mișcarea care i-a cauzat, atunci munca ar fi creată din nimic. Bobina însăși, după o ușoară împingere, s-ar repezi spre magnet și, în același timp, curentul de inducție ar elibera căldură în el. În realitate, curentul indus este creat datorită muncii de apropiere a magnetului și a bobinei.

  De ce apare curentul indus? O explicație profundă a fenomenului de inducție electromagnetică a fost oferită de fizicianul englez James Clerk Maxwell, creatorul unei teorii matematice complete a câmpului electromagnetic.

  Pentru a înțelege mai bine esența problemei, luați în considerare un experiment foarte simplu. Lăsați bobina să fie formată dintr-o spire de sârmă și să fie pătrunsă de un câmp magnetic alternativ perpendicular pe planul spirei. Un curent indus apare în mod natural în bobină. Maxwell a interpretat acest experiment excepțional de îndrăzneț și neașteptat.

  Când un câmp magnetic se modifică în spațiu, conform lui Maxwell, apare un proces pentru care prezența unei bobine de sârmă nu are nicio semnificație. Principalul lucru aici este apariția liniilor de câmp electric inelar închis, care acoperă un câmp magnetic în schimbare. Sub influența câmpului electric rezultat, electronii încep să se miște, iar în bobină ia naștere un curent electric. O bobină este pur și simplu un dispozitiv care detectează un câmp electric.

  Esența fenomenului de inducție electromagnetică este că un câmp magnetic alternativ generează întotdeauna un câmp electric cu linii de forță închise în spațiul înconjurător. Un astfel de câmp se numește câmp de vortex.”

  Cercetările în domeniul inducției produse de magnetismul terestru i-au oferit lui Faraday posibilitatea de a-și exprima ideea unui telegraf încă din 1832, care a stat apoi la baza acestei invenții. În general, descoperirea inducției electromagnetice nu este fără motiv considerată una dintre cele mai remarcabile descoperiri ale secolului al XIX-lea - munca a milioane de motoare electrice și generatoare de curent electric din întreaga lume se bazează pe acest fenomen...

  Sursa de informații: Samin D.K. „O sută de mari descoperiri științifice”, M.: „Veche”, 2002.