Descoperirea inducției electromagnetice a făcut posibilă apariția. Faraday

Subiectul lecției:

Descoperirea inducției electromagnetice. flux magnetic.

Ţintă: introducerea elevilor în fenomenul inducției electromagnetice.

În timpul orelor

I. Moment organizatoric

II. Actualizare de cunoștințe.

1. Sondaj frontal.

Care este ipoteza lui Ampère?
Ce este permeabilitatea magnetică?
Ce substanțe se numesc para- și diamagneți?
Ce sunt feritele?
Unde se folosesc feritele?
De unde știi că există un câmp magnetic în jurul Pământului?
Unde sunt polii magnetici nord și sud ai Pământului?
Ce procese au loc în magnetosfera Pământului?
Care este motivul existenței unui câmp magnetic în apropierea Pământului?

2. Analiza experimentelor.

Experimentul 1

Acul magnetic de pe suport a fost adus la capătul inferior și apoi la capătul superior al trepiedului. De ce săgeata se întoarce spre capătul inferior al trepiedului de ambele părți cu polul sudic și spre capătul superior - capătul nordic?(Toate obiectele de fier se află în câmpul magnetic al Pământului. Sub influența acestui câmp, ele sunt magnetizate, iar partea inferioară a obiectului detectează polul magnetic nordic, iar partea de sus - sudul.)

Experimentul 2

Într-un dop mare de plută, faceți o mică canelură pentru o bucată de sârmă. Coborâți dopul în apă și puneți firul deasupra, așezându-l de-a lungul paralelei. În acest caz, firul, împreună cu pluta, este rotit și instalat de-a lungul meridianului. De ce?(Firul a fost magnetizat și este plasat în câmpul Pământului ca un ac magnetic.)

III. Învățarea de materiale noi

Există forțe magnetice între sarcinile electrice în mișcare. Interacțiunile magnetice sunt descrise pe baza conceptului de câmp magnetic care există în jurul sarcinilor electrice în mișcare. Câmpurile electrice și magnetice sunt generate de aceleași surse - sarcini electrice. Se poate presupune că există o legătură între ele.

În 1831, M. Faraday a confirmat acest lucru experimental. El a descoperit fenomenul inducției electromagnetice (diapozitivele 1.2).

Experimentul 1

Conectam galvanometrul la bobină și vom pune un magnet permanent din acesta. Observăm abaterea acului galvanometrului, a apărut un curent (inducție) (diapozitivul 3).

Curentul din conductor apare atunci când conductorul se află în câmpul de acțiune al unui câmp magnetic alternativ (diapozitivul 4-7).

Faraday a reprezentat un câmp magnetic alternant ca o modificare a numărului de linii de forță care pătrund pe suprafața delimitată de un contur dat. Acest număr depinde de inducție LA câmp magnetic, din zona conturului S şi orientarea acesteia în domeniul dat.

F \u003d BS cos a - flux magnetic.

F [Wb] Weber (diapozitivul 8)

Curentul de inducție poate avea direcții diferite, care depind de dacă fluxul magnetic care pătrunde în circuit scade sau crește. Regula pentru determinarea direcției curentului indus a fost formulată în 1833. E. X. Lenz.

Experimentul 2

Glisăm un magnet permanent într-un inel ușor de aluminiu. Inelul este respins de acesta, iar atunci când este extins, este atras de magnet.

Rezultatul nu depinde de polaritatea magnetului. Repulsia și atracția se explică prin apariția unui curent de inducție în ea.

Când magnetul este împins înăuntru, fluxul magnetic prin inel crește: repulsia inelului în același timp arată că curentul de inducție în el are o astfel de direcție în care vectorul de inducție al câmpului său magnetic este opus în direcție față de vector de inducție a câmpului magnetic extern.

Regula lui Lenz:

Curentul inductiv are întotdeauna o astfel de direcție încât câmpul său magnetic împiedică orice modificări ale fluxului magnetic care provoacă apariția unui curent inductiv.(diapozitivul 9).

IV. Efectuarea lucrărilor de laborator

Lucrări de laborator pe tema „Verificarea experimentală a regulii Lenz”

Dispozitive și materiale:miliampermetru, bobină-bobină, magnet arcuat.

Proces de lucru

Pregătiți o masă.

Fenomenul inducției electromagnetice a fost descoperit de Mile Faraday în 1831. Chiar și cu 10 ani mai devreme, Faraday se gândea la o modalitate de a transforma magnetismul în electricitate. El credea că câmpul magnetic și câmpul electric trebuie să fie într-un fel conectate.

Descoperirea inducției electromagnetice

De exemplu, un obiect de fier poate fi magnetizat folosind un câmp electric. Probabil, ar trebui să se poată obține un curent electric cu ajutorul unui magnet.

În primul rând, Faraday a descoperit fenomenul de inducție electromagnetică în conductori care sunt staționari unul față de celălalt. Când a apărut un curent într-una dintre ele, a fost indus un curent și în cealaltă bobină. Mai mult, în viitor a dispărut și a apărut din nou numai atunci când alimentarea unei bobine a fost oprită.

După ceva timp, Faraday a demonstrat în experimente că atunci când o bobină fără curent este deplasată într-un circuit față de altul, la capetele căruia se aplică tensiune, în prima bobină va apărea și un curent electric.

Următorul experiment a fost introducerea unui magnet în bobină și, în același timp, a apărut și un curent în el. Aceste experimente sunt prezentate în figurile următoare.

Faraday a formulat motivul principal pentru apariția curentului într-un circuit închis. Într-un circuit conductor închis, curentul apare atunci când se modifică numărul de linii de inducție magnetică care pătrund în acest circuit.

Cu cât această modificare este mai mare, cu atât curentul de inducție va fi mai puternic. Nu contează cum realizăm o schimbare a numărului de linii de inducție magnetică. De exemplu, acest lucru se poate face prin deplasarea conturului într-un câmp magnetic neuniform, așa cum sa întâmplat în experimentul cu un magnet sau mișcarea unei bobine. Și putem, de exemplu, să schimbăm puterea curentului în bobina adiacentă circuitului, în timp ce câmpul magnetic creat de această bobină se va modifica.

Formularea legii

Să rezumam pe scurt. Fenomenul de inducție electromagnetică este fenomenul de apariție a curentului într-un circuit închis, cu modificarea câmpului magnetic în care se află acest circuit.

Pentru o formulare mai precisă a legii inducției electromagnetice este necesară introducerea unei valori care să caracterizeze câmpul magnetic - fluxul vectorului de inducție magnetică.

flux magnetic

Vectorul de inducție magnetică este notat cu litera B. Acesta va caracteriza câmpul magnetic în orice punct al spațiului. Acum considerăm un contur închis care mărginește suprafața cu aria S. Să o plasăm într-un câmp magnetic uniform.

Va exista un unghi a între vectorul normal la suprafață și vectorul de inducție magnetică. Fluxul magnetic Ф printr-o suprafață cu aria S se numește mărime fizică egală cu produsul dintre modulul vectorului de inducție magnetică și aria suprafeței și cosinusul unghiului dintre vectorul de inducție magnetică și normala la contur.

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

Produsul B*cos(a) este proiecția vectorului B pe normala n. Prin urmare, forma fluxului magnetic poate fi rescrisă după cum urmează:

Unitatea de măsură a fluxului magnetic este weber-ul. Notat 1 Wb. Un flux magnetic de 1 Wb este creat de un câmp magnetic cu o inducție de 1 T printr-o suprafață cu o suprafață de 1 m ^ 2, care este situată perpendicular pe vectorul de inducție magnetică.

O nouă perioadă în dezvoltarea științei fizice începe cu descoperirea ingenioasă a lui Faraday inductie electromagnetica.În această descoperire s-a manifestat în mod clar capacitatea științei de a îmbogăți tehnologia cu idei noi. Faraday însuși a prevăzut deja existența undelor electromagnetice pe baza descoperirii sale. La 12 martie 1832, a sigilat un plic cu inscripția „New Views, acum pentru a fi păstrat într-un plic sigilat în arhivele Societății Regale”. Acest plic a fost deschis în 1938. S-a dovedit că Faraday a înțeles destul de clar că acțiunile de inducție se propagă cu o viteză finită într-un mod ondulat. „Consider că este posibil să se aplice teoria oscilațiilor la propagarea inducției electrice”, a scris Faraday. Totodată, el a subliniat că „propagarea unui efect magnetic necesită timp, adică atunci când un magnet acționează asupra unui alt magnet îndepărtat sau asupra unei bucăți de fier, cauza de influență (pe care îmi voi permite să o numesc magnetism) se răspândește. de la corpuri magnetice treptat și necesită un anumit timp pentru propagarea sa, ceea ce, evident, se va dovedi a fi foarte nesemnificativ.De asemenea, cred că inducția electrică se propagă exact în același mod.Cred că propagarea forțelor magnetice de la un pol magnetic este similară cu vibrația unei suprafețe aspre de apă sau cu vibrațiile sonore ale particulelor de aer.”

Faraday a înțeles importanța ideii sale și, neputând-o testa experimental, a decis cu ajutorul acestui plic „să-și asigure singur descoperirea și, astfel, să aibă dreptul, în caz de confirmare experimentală, să declare această dată. data descoperirii sale”. Deci, la 12 martie 1832, omenirea a ajuns pentru prima dată la ideea existenței undele electromagnetice. De la această dată începe istoria descoperirii radio.

Dar descoperirea lui Faraday a fost importantă nu numai în istoria tehnologiei. A avut un impact uriaș asupra dezvoltării viziunii științifice asupra lumii. De la această descoperire, un nou obiect intră în fizică - câmp fizic. Astfel, descoperirea lui Faraday aparține acelor descoperiri științifice fundamentale care lasă o amprentă notabilă în întreaga istorie a culturii umane.

Legător de cărți fiul fierarului din Londra s-a născut la Londra la 22 septembrie 1791. Geniul autodidact nici nu a avut ocazia să termine școala elementară și a deschis el însuși calea științei. În timp ce studia legatoria, a citit cărți, în special de chimie, el însuși a făcut experimente chimice. Ascultând prelegerile publice ale celebrului chimist Davy, s-a convins în cele din urmă că vocația lui era știința și a apelat la el cu o cerere de angajare la Institutul Regal. Din 1813, când Faraday a fost admis la institut ca asistent de laborator, și până la moartea sa (25 august 1867), a trăit în știință. Deja în 1821, când Faraday a primit rotația electromagnetică, și-a stabilit ca scop „să transforme magnetismul în electricitate”. Zece ani de căutări și muncă grea au culminat cu descoperirea, la 29 august 1871, a inducției electromagnetice.

„Dou sute trei de picioare de sârmă de cupru dintr-o bucată au fost înfășurate pe un tambur mare de lemn; alte două sute trei de picioare din același fir au fost izolate în spirală între spirele primei înfășurări, contactul metalic fiind îndepărtat prin mijloace. a unui cordon.Una dintre aceste spirale era conectata la un galvanometru, iar cealalta cu o baterie bine incarcata de o suta de perechi de placi de patru inch-inch patrati, cu placi duble de cupru.Cand s-a facut contactul, exista un efect temporar dar foarte ușor asupra galvanometrului și un efect slab similar a avut loc la deschiderea contactului cu bateria. Așa a descris Faraday prima sa experiență de inducere a curenților. El a numit acest tip de inducție voltaico-electrică. El continuă să descrie experiența sa principală cu inelul de fier, prototipul modernului transformator.

„Un inel a fost sudat dintr-o bară rotundă de fier moale; grosimea metalului era de șapte optimi de inch, iar diametrul exterior al inelului era de șase inci. Pe o parte a acestui inel erau înfășurate trei spirale, fiecare conținând aproximativ douăzeci și patru de picioare de sârmă de cupru, o douăzecime de inch grosime. Bobinele erau izolate de fier și unele de altele... ocupând aproximativ nouă inci de-a lungul lungimii inelului. grupul este desemnat A. Pe cealaltă parte a inelului a fost înfășurat în același mod aproximativ șaizeci de picioare de sârmă de cupru în două bucăți, care formau o spirală B, având aceeași direcție ca și spiralele A, dar separate de acestea la fiecare capăt. pentru aproximativ o jumătate de inch de fierul gol.

Spirala B a fost conectată prin fire de cupru la un galvanometru plasat la o distanță de trei picioare de fier. Bobine separate au fost conectate cap la cap, astfel încât să formeze o spirală comună, ale cărei capete au fost conectate la o baterie de zece perechi de plăci de patru inci pătrați. Galvanometrul a reacționat imediat și mult mai puternic decât sa observat, așa cum este descris mai sus, folosind o spirală de zece ori mai puternică, dar fără fier; cu toate acestea, în ciuda menținerii contactului, acțiunea a încetat. Când contactul cu bateria a fost deschis, săgeata a deviat din nou puternic, dar în sens opus celui indus în primul caz.

Faraday a investigat în continuare efectul fierului prin experiență directă, introducând o tijă de fier în interiorul unei bobine goale, în acest caz „curentul indus a avut un efect foarte puternic asupra galvanometrului”. „O acțiune similară s-a obținut apoi cu ajutorul ordinarului magneti„. Faraday a numit această acțiune inducție magnetoelectrică, presupunând că natura inducției voltaice și magnetoelectrice este aceeași.

Toate experimentele descrise sunt conținutul primei și al doilea secțiuni ale lucrării clasice a lui Faraday „Cercetarea experimentală asupra electricității”, începută la 24 noiembrie 1831. În a treia secțiune a acestei serii „Despre noua stare electrică a materiei”, Faraday pentru prima dată încearcă să descrie noile proprietăți ale corpurilor manifestate în inducția electromagnetică. El numește această proprietate descoperită „stare electrotonică”. Acesta este primul germen al ideii de câmp, care a fost ulterior format de Faraday și formulat mai întâi tocmai de Maxwell. A patra secțiune a primei serii este dedicată explicării fenomenului Arago. Faraday clasifică corect acest fenomen drept inducție și încearcă să „obțină o nouă sursă de electricitate” cu ajutorul acestui fenomen. Când discul de cupru s-a deplasat între polii magnetului, a primit un curent în galvanometru folosind contacte glisante. A fost primul Dinamo. Faraday rezumă rezultatele experimentelor sale cu următoarele cuvinte: „S-a demonstrat astfel că este posibil să se creeze un curent constant de electricitate cu ajutorul unui magnet obișnuit”. Din experimentele sale privind inducția în conductorii în mișcare, Faraday a dedus relația dintre polul unui magnet, conductorul în mișcare și direcția curentului indus, adică „legea care guvernează producerea de electricitate prin inducție magnetoelectrică”. Ca rezultat al cercetărilor sale, Faraday a descoperit că „capacitatea de a induce curenți se manifestă într-un cerc în jurul axei rezultantei magnetice sau a forței, exact în același mod în care magnetismul situat în jurul unui cerc apare în jurul unui curent electric și este detectat de acesta”. *.

* (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 57.)

Cu alte cuvinte, un câmp electric vortex apare în jurul unui flux magnetic alternativ, la fel cum un câmp magnetic vortex apare în jurul unui curent electric. Acest fapt fundamental a fost generalizat de Maxwell sub forma celor două ecuații ale câmpului electromagnetic.

Studiul fenomenelor de inducție electromagnetică, în special acțiunii inductive a câmpului magnetic al Pământului, este dedicat și celei de-a doua serii de „Investigații”, începute la 12 ianuarie 1832. A treia serie, începută la 10 ianuarie 1833, Faraday se dedică dovedirii identității diferitelor tipuri de electricitate: electrostatică, galvanică, animală, magnetoelectrică (adică obținută prin inducție electromagnetică). Faraday ajunge la concluzia că electricitatea obținută în diferite moduri este calitativ aceeași, diferența de acțiuni este doar cantitativă. Aceasta a fost lovitura finală adusă conceptului de diverse „fluide” de rășină și sticlă electricitate, galvanism, electricitate animală. Electricitatea sa dovedit a fi o singură entitate, dar polară.

Foarte importantă este a cincea serie a Investigațiilor lui Faraday, începută la 18 iunie 1833. Aici Faraday își începe studiile de electroliză, care l-au condus la stabilirea celebrelor legi care îi poartă numele. Aceste studii au fost continuate în seria a șaptea, care a început la 9 ianuarie 1834. În această ultimă serie, Faraday propune o nouă terminologie: își propune să se numească polii care furnizează curent electrolitului. electrozi, numiți electrodul pozitiv anod, iar negativul catod, particule de materie depusă mergând la anodul pe care îl numește anioni, iar particulele merg la catod - cationi. În plus, el deține termenii electrolit pentru substanțele degradabile, ioniiși echivalente electrochimice. Toți acești termeni sunt menținuți ferm în știință. Faraday trage concluzia corectă din legile pe care le-a găsit că se poate vorbi despre unele cantitate absolută electricitate asociată cu atomii materiei obișnuite. „Deși nu știm nimic despre ce este un atom”, scrie Faraday, „ne imaginăm involuntar o particulă mică care ne apare în minte când ne gândim la el; totuși, în aceeași ignoranță sau chiar mai mare, suntem în raport cu electricitatea, suntem nici măcar nu putem spune dacă este o materie sau materii speciale, sau pur și simplu mișcarea materiei obișnuite, sau un alt tip de forță sau agent; cu toate acestea, există un număr imens de fapte care ne fac să credem că atomii materiei sunt cumva înzestrați sau conectați cu forțe electrice și lor le datorează cele mai remarcabile calități, inclusiv afinitatea lor chimică unul pentru celălalt.

* (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 335.)

Astfel, Faraday a exprimat clar ideea de „electrificare” a materiei, structura atomică a electricității și atomul de electricitate sau, așa cum spune Faraday, „cantitatea absolută de electricitate”, se dovedește a fi „conform acțiunii sale, ca oricare dintre acele cantități care, rămânând conectate cu particulele de materie, le informează despre acestea afinitate chimică. Sarcina electrică elementară, așa cum arată dezvoltarea ulterioară a fizicii, poate fi într-adevăr determinată din legile lui Faraday.

Seria a noua din „Investigațiile” lui Faraday a fost de mare importanță. Această serie, începută la 18 decembrie 1834, s-a ocupat de fenomenele de autoinducție, curenții suplimentari de închidere și deschidere. Faraday subliniază în descrierea acestor fenomene că deși au trăsături inerţie, cu toate acestea, fenomenul de autoinducție se distinge de inerția mecanică prin faptul că depind de forme conductor. Faraday notează că „curentul suplimentar este identic cu ... curentul indus” * . Drept urmare, Faraday a avut o idee despre sensul foarte larg al procesului de inducție. În a unsprezecea serie de studii, începută la 30 noiembrie 1837, el afirmă: „Inducția joacă rolul cel mai general în toate fenomenele electrice, participând, aparent, la fiecare dintre ele și, în realitate, poartă trăsăturile primei și esențiale. principiu" ** . În special, potrivit lui Faraday, fiecare proces de încărcare este un proces de inducție, părtinire sarcini opuse: „substanțele nu pot fi încărcate absolut, ci doar relativ, după o lege identică cu inducția. Fiecare sarcină este susținută de inducție. Toate fenomenele Voltaj includ începutul inducțiilor” ***. Sensul acestor afirmații ale lui Faraday este că orice câmp electric („fenomen de tensiune” – în terminologia lui Faraday) este în mod necesar însoțit de un proces de inducție în mediu („deplasare” – în cel mai târziu al lui Maxwell). Acest proces este determinat de proprietățile mediului, „inductanța” acestuia, în terminologia lui Faraday, sau „permitivitatea dielectrică”, în terminologia modernă. Experiența lui Faraday cu un condensator sferic a determinat permisivitatea unui număr de substanțe în raport cu aer.Aceste experimente l-au întărit pe Faraday în ideea rolului esențial al mediului în procesele electromagnetice.

* (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 445.)

** (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 478.)

*** (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 487.)

Legea inducției electromagnetice a fost dezvoltată în mod semnificativ de către fizicianul rus al Academiei din Sankt Petersburg Emil Hristianovici Lenz(1804-1865). La 29 noiembrie 1833, Lenz a raportat Academiei de Științe cercetările sale „Cu privire la determinarea direcției curenților galvanici excitați de inducția electrodinamică”. Lenz a arătat că inducția magnetoelectrică a lui Faraday este strâns legată de forțele electromagnetice ale lui Ampère. „Propoziția prin care fenomenul magnetoelectric este redus la cel electromagnetic este următoarea: dacă un conductor metalic se mișcă în vecinătatea unui curent galvanic sau a unui magnet, atunci un curent galvanic este excitat în el în așa direcție încât, dacă acest conductor ar fi staționar, atunci curentul l-ar putea face să se miște în sens opus; se presupune că conductorul în repaus se poate deplasa numai în sensul de mișcare sau în sens invers” * .

* (E. X. Lenz, Lucrări alese, Ed. AN SSSR, 1950, p. 148-149.)

Acest principiu al lui Lenz dezvăluie energia proceselor de inducție și a jucat un rol important în munca lui Helmholtz privind stabilirea legii conservării energiei. Lenz însuși a derivat din regula sa principiul binecunoscut în inginerie electrică al reversibilității mașinilor electromagnetice: dacă rotiți o bobină între polii unui magnet, aceasta generează un curent; dimpotrivă, dacă i se trimite un curent, acesta se va roti. Un motor electric poate fi transformat într-un generator și invers. Studiind acțiunea mașinilor magnetoelectrice, Lenz descoperă în 1847 reacția armăturii.

În 1842-1843. Lenz a realizat un studiu clasic „Despre legile generării de căldură prin curent galvanic” (raportat la 2 decembrie 1842, publicat în 1843), pe care l-a început cu mult înainte de experimentele similare ale lui Joule (mesajul lui Joule a apărut în octombrie 1841) și a continuat de el în ciuda publicația Joule, „întrucât experimentele acestuia din urmă pot întâmpina unele obiecții întemeiate, așa cum a arătat deja colegul nostru, domnul academician Hess” * . Lenz măsoară magnitudinea curentului cu ajutorul unei busole tangente, un dispozitiv inventat de profesorul Helsingfors Johann Nerwander (1805-1848), iar în prima parte a mesajului său explorează acest dispozitiv. În partea a doua a „Degajarea căldurii în fire”, raportată la 11 august 1843, ajunge la celebra sa lege:

Încălzirea firului prin curent galvanic este proporțională cu rezistența firului.
Încălzirea firului de către un curent galvanic este proporțională cu pătratul curentului folosit pentru încălzire "**.

* (E. X. Lenz, Lucrări alese, Ed. AN SSSR, 1950, p. 361.)

** (E. X. Lenz, Lucrări alese, Ed. AN SSSR, 1950, p. 441.)

Legea Joule-Lenz a jucat un rol important în stabilirea legii conservării energiei. Întreaga dezvoltare a științei fenomenelor electrice și magnetice a condus la ideea unității forțelor naturii, la ideea conservării acestor „forțe”.

Aproape simultan cu Faraday, un fizician american a observat inducția electromagnetică. Joseph Henry(1797-1878). Henry a realizat un electromagnet mare (1828) care, alimentat de o celulă galvanică cu rezistență scăzută, a suportat o sarcină de 2.000 de lire sterline. Faraday menționează acest electromagnet și indică faptul că cu ajutorul lui se poate obține o scânteie puternică la deschidere.

Henry pentru prima dată (1832) a observat fenomenul de auto-inducție, iar prioritatea sa este marcată de numele unității de auto-inducție „henry”.

În 1842, Henry a stabilit caracter oscilator descărcarea unui borcan Leiden. Acul subțire de sticlă cu care a investigat acest fenomen a fost magnetizat cu polarități diferite, în timp ce direcția de descărcare a rămas neschimbată. „Descărcarea, indiferent de natura ei”, conchide Henry, „nu este reprezentată (folosind teoria lui Franklin. - P. K.) ca un singur transfer al unui fluid imponderabil de la o placă la alta; fenomenul descoperit ne face să admitem existența debitului principal. într-o direcție, apoi câteva mișcări ciudate înapoi și înainte, fiecare mai slabă decât ultima, continuând până la atingerea echilibrului.

Fenomenele de inducție devin un subiect principal în cercetarea fizică. În 1845 un fizician german Franz Neumann(1798-1895) a dat o expresie matematică legea inducției, rezumând cercetările lui Faraday şi Lenz.

Forța electromotoare a inducției a fost exprimată de Neumann ca derivată în timp a unei funcții care induce curentul și configurația reciprocă a curenților care interacționează. Neumann a numit această funcție potenţial electrodinamic. El a găsit și o expresie pentru coeficientul de inducție reciprocă. În eseul său „Despre conservarea forței” din 1847, Helmholtz derivă expresia Neumann pentru legea inducției electromagnetice din considerații energetice. În același eseu, Helmholtz susține că descărcarea unui condensator nu este „... o simplă mișcare a electricității într-o direcție, ci... fluxul acesteia într-o direcție sau alta între două plăci sub formă de oscilații care devin din ce în ce mai mic și mai puțin, până când în cele din urmă toată forța vie este distrusă de suma rezistențelor.

În 1853 William Thomson(1824-1907) a dat o teorie matematică a descărcării oscilatorii a unui condensator și a stabilit dependența perioadei de oscilație de parametrii circuitului oscilator (formula lui Thomson).

În 1858 P. Blaserna(1836-1918) a realizat o curbă experimentală de rezonanță a oscilațiilor electrice, studiind acțiunea unui circuit inductor de descărcare care conține o bancă de condensatoare și conductoare de închidere la un circuit lateral, cu lungimea variabilă a conductorului indus. În același 1858 Wilhelm Feddersen(1832-1918) a observat descărcarea unei scântei a unui borcan Leyden într-o oglindă rotativă, iar în 1862 a fotografiat imaginea unei scântei de descărcare într-o oglindă rotativă. Astfel, caracterul oscilator al descărcării a fost stabilit cu deplină claritate. În același timp, formula Thomson a fost verificată experimental. Astfel, pas cu pas, doctrina a fluctuatii electrice, constituind fundamentul științific al ingineriei electrice a curenților alternativi și a ingineriei radio.

În 1821, Michael Faraday scria în jurnalul său: „Transformă magnetismul în electricitate”. După 10 ani, această problemă a fost rezolvată de el.
Descoperirea lui Faraday
Nu este o coincidență că primul și cel mai important pas în descoperirea de noi proprietăți ale interacțiunilor electromagnetice a fost făcut de fondatorul ideilor despre câmpul electromagnetic - Faraday. Faraday era încrezător în natura unificată a fenomenelor electrice și magnetice. La scurt timp după descoperirea lui Oersted, acesta a scris: „... pare foarte neobișnuit ca, pe de o parte, orice curent electric să fie însoțit de o acțiune magnetică de intensitatea corespunzătoare, îndreptată în unghi drept față de curent și că, în același timp timp în buni conductori de electricitate plasați în sfera acestei acțiuni, nu a fost indus deloc curent, nu a avut loc nicio acțiune apreciabilă, echivalentă ca putere cu un astfel de curent. Munca grea timp de zece ani și încrederea în succes l-au condus pe Faraday la descoperire, care a stat mai târziu la baza proiectării generatoarelor tuturor centralelor electrice din lume, transformând energia mecanică în energie de curent electric. (Surse care funcționează pe alte principii: celule galvanice, baterii, termo- și fotocelule - dau o pondere nesemnificativă din energia electrică generată.)
Multă vreme, relația dintre fenomenele electrice și magnetice nu a putut fi detectată. A fost greu de gândit la punctul principal: doar un câmp magnetic variabil în timp poate excita un curent electric într-o bobină fixă sau bobina în sine trebuie să se miște într-un câmp magnetic.
Descoperirea inducției electromagnetice, așa cum a numit Faraday acest fenomen, a fost făcută la 29 august 1831. Un caz rar în care este cunoscută atât de precis data unei noi descoperiri remarcabile.Iată o scurtă descriere a primei experiențe oferite de însuși Faraday.
„Un fir de cupru lung de 203 picioare a fost înfășurat pe o bobină largă de lemn, iar între spirele lui a fost înfășurat un fir de aceeași lungime, dar izolat de primul fir de bumbac. Una dintre aceste spirale a fost conectată la un galvanometru, iar cealaltă la o baterie puternică, formată din 100 de perechi de plăci... Când circuitul a fost închis, a fost posibil să se observe un efect brusc, dar extrem de slab asupra galvanometrului și la fel s-a observat la oprirea curentului. Odată cu trecerea continuă a curentului printr-una dintre spirale, nu a fost posibil să se constate nici efectul asupra galvanometrului, nici în general vreun efect inductiv asupra celeilalte spirale, în ciuda acestui fapt. 5.1
argumentând că încălzirea întregii bobine conectate la baterie și luminozitatea scânteii care a sărit între cărbuni, mărturiseau puterea bateriei.
Deci, inițial, inducția a fost descoperită în conductori care erau nemișcați unul față de celălalt în timpul închiderii și deschiderii circuitului. Apoi, înțelegând clar că apropierea sau îndepărtarea conductorilor cu curent ar trebui să conducă la același rezultat ca și închiderea și deschiderea circuitului, Faraday a demonstrat prin experimente că curentul apare atunci când bobinele se mișcă unele față de altele (Fig. 5.1). Familiar cu lucrările lui Ampère, Faraday a înțeles că un magnet este o colecție de curenți mici care circulă în molecule. Pe 17 octombrie, după cum este înregistrat în jurnalul său de laborator, un curent de inducție a fost detectat în bobină în timpul împingerii (sau tragerii) magnetului (Fig. 5.2). În decurs de o lună, Faraday a descoperit experimental toate trăsăturile esențiale ale fenomenului de inducție electromagnetică. A rămas doar să dau legii o formă cantitativă strictă și să dezvăluim pe deplin natura fizică a fenomenului.
Faraday însuși a înțeles deja lucrul comun care determină apariția unui curent de inducție în experimente care arată diferit în exterior.
Într-un circuit conductor închis, un curent apare atunci când se modifică numărul de linii de inducție magnetică care pătrund în suprafața delimitată de acest circuit. Și cu cât numărul liniilor de inducție magnetică se modifică mai repede, cu atât este mai mare curentul rezultat. În acest caz, motivul modificării numărului de linii de inducție magnetică este complet indiferent. Aceasta poate fi o modificare a numărului de linii de inducție magnetică care pătrunde într-un conductor fix din cauza unei modificări a intensității curentului într-o bobină adiacentă și o modificare a numărului de linii din cauza mișcării circuitului într-un câmp magnetic neomogen. , a căror densitate de linii variază în spațiu (fig. 5.3).
Faraday nu numai că a descoperit fenomenul, dar a fost și primul care a construit un model imperfect, dar imperfect, al unui generator de curent electric care transformă energia mecanică de rotație în curent. Era un disc masiv de cupru care se rotește între polii unui magnet puternic (Figura 5.4). Prin atașarea axei și marginii discului la galvanometru, Faraday a descoperit o abatere
LA
\

\
\
\
\
\
\
\L

S Curentul era, însă, slab, dar principiul găsit mai târziu a făcut posibilă construirea de generatoare puternice. Fără ele, electricitatea ar fi încă un lux pe care puțini oameni și-l pot permite.
Într-o buclă închisă conducătoare, apare un curent electric dacă bucla se află într-un câmp magnetic alternativ sau se mișcă într-un câmp care este constant în timp, astfel încât numărul de linii de inducție magnetică care pătrund în buclă se modifică. Acest fenomen se numește inducție electromagnetică.

Un exemplu ar fi o întrebare. În acest context, putem vorbi de tabu. Există anumite domenii care vor fi tabu pentru majoritatea, ceea ce nu înseamnă că nu va exista un, al treilea, al treilea om de știință care să se ocupe de acest fenomen cu curiozitatea unei persoane.

Aceste condiții sociale îi fac pe cei mai mulți oameni să nu fie interesați de el. R: Și asta este doar o întrebare. Exemplul potrivit arată și teama de a nu fi discreditat. Dr. Marek Spira: Astăzi ne străduim să spargem toate tabuurile. Pe de o parte, aceasta este cunoașterea adevărului, iar pe de altă parte, respectul pentru anumite valori, a căror răsturnare nu duce decât la distrugerea ordinii sociale. Curiozitatea umană este atât de mare încât transcende toate limitele. Din fire, omului nu-i plac tabuurile. Și în acest sens, căutarea adevărului nu cunoaște granițe, care există, desigur, dar ele se mișcă constant.

Acest lucru ridică întrebarea dacă vom cunoaște vreodată întregul adevăr. Cunoscând natura umană, putem spune că, deși acest lucru este imposibil, ne vom strădui mereu pentru asta. Cu toate acestea, există pericolul să ignorăm acest secret. Fiind într-un anumit stadiu al cunoașterii, putem concluziona că știm deja totul. Între timp, dezastrul vine și întrebarea este, cum putem să-l lăsăm să plece? Poate că din cauza neglijării forțelor naturii, a forțelor naturii. Un exemplu ar fi inventatorul computerului, care în secolul trecut credea că dobândirea de cunoștințe în calculator va fi nelimitată.

La ani de la această descoperire, a avea laptopuri astăzi a fost o iluzie. Cât de mult a crescut ignoranța noastră pe măsură ce a crescut numărul de întrebări. Noi, fizicienii, ocolim pământul. Să presupunem că vrem să zburăm într-o galaxie la câțiva ani lumină distanță de Pământ. Deoarece nu putem construi o navă spațială care să călătorească mai repede decât viteza luminii, o generație de astronauți nu este suficientă pentru a ajunge în această galaxie. Deși este posibil să ne imaginăm călătoria în spațiu a multor generații de astronauți, dar acest lucru este posibil doar în science fiction.

Aceste constante, cunoscute de noi astăzi, sunt cele care definesc limitele cunoașterii. Dacă luăm în considerare Big Bang-ul, trebuie să ne amintim că cunoștințele noastre încă nu ajung la punctul în care densitatea materiei este incomparabilă cu cea cu care avem de-a face astăzi și pe care nu o putem reproduce în condițiile noastre.

Nu cunoaștem această fizică „explozivă”, așa că nu cunoaștem aceste constante fizice, dacă ar fi. N .: De asemenea, nu suntem siguri că fizica de astăzi este finită. Am avut un Newton care a fost testat ulterior de Einstein, așa că putem concluziona că Einstein va fi testat de altcineva.

Pe această bază a fost creată teoria relativității speciale, care a fost confirmată experimental în mod repetat. Cu toate acestea, dacă una dintre aceste paradigme eșuează, vom avea o nouă fizică. Dacă spunem că cunoaștem universul, natura, că știm ce a fost înainte, spunem asta pentru că aceste constante fizice nu își schimbă valorile în timp. Experimentele care încearcă să submineze aceste solide - și cum și cum sunt efectuate - nu sunt concludente.

De fapt, putem spune că de la un anumit punct știm că legile fizice care guvernează universul nu s-au schimbat - aceste constante sunt încă aceleași. Există secrete cu care nu vrem să le confruntăm? Kant a vorbit despre două tipuri de metafizică - metafizica ca știință care nu există și metafizica ca tendință naturală care ne face să încalcăm tabuurile.

Limitele există, dar mintea umană are o nevoie firească de a pune întrebări la care nu se poate răspunde empiric. Acesta nu este un lux, ci datoria unei persoane de a-l găsi. A fost odată credința că prea multă curiozitate ne părăsește de la Dumnezeu. Noi înșine am creat un tabu - Dumnezeu nu poate fi cunoscut pentru că ne vom pierde credința. Oamenii autentici care sunt respectați sunt în primul rând de încredere, iar smerenia lor a fost condiționată de contextul cultural. Omul educat a început să se îndepărteze de Dumnezeu, pretinzând că nu va crede în această „superstiție”.

Au fost multe neînțelegeri pentru că uneori nu puneam preț pe căutarea adevărului. Creștinismul nu a declarat niciodată oficial o astfel de formulă, pentru că credința are nevoie de ajutorul rațiunii pentru a cunoaște adevărul și chiar pentru a se certa cu Domnul Dumnezeu. Putem chiar să-l cunoaștem? Aceasta este o altă problemă, dar nu ne scutește de obligația de a căuta constant, pentru că avem un motiv. Biserica de astăzi repetă că nu există nicio contradicție între credință și rațiune. Chiar dacă învinge unele dogme?

S: Nu trebuie să ne fie frică, mintea nu poate răsturna nicio dogma, iar dacă o face, înseamnă că nu avem de-a face cu dogme, ci cu o formulă umană fără acoperire. Motivul este să distrugi minciuna, dar adevărul nu eșuează niciodată. Știm acest lucru din istoria Bisericii, chiar dacă a fost foarte greu, Biserica a putut să se curețe de minciuni și ne mândrim cu asta.

O ilustrație poate servi ca exemplu al relației dintre echipajul a două nave spațiale, după întoarcerea echipajului uneia dintre ele s-a spus: nu există Dumnezeu, iar cealaltă este atât de frumoasă încât poate fi creată doar de Dumnezeu. . Deci, dacă există vreun tabu, este o ființă temporară datorată condițiilor culturale și sociale, care este asociată în principal cu temerile de a face față a ceva riscant în ceea ce privește pierderea unei poziții științifice. Acest cuvânt magic - organizare - își are originea, întrebarea rămâne - ce?

Prin urmare, Dumnezeu știe lucrurile așa cum sunt, iar noi suntem așa cum sunt ele. R: S-ar putea să nu fiți de acord cu mine, dar ceva care nu poate fi testat experimental va fi întotdeauna mai greu de acceptat. Mai ales în domeniul fizicii. N: Același Kant spune: Am cunoștințe limitate pentru a face loc credinței. Acolo unde există granițe ale cunoașterii, începe credința mea.

N: Motivul acestui om de știință este acesta: toate dovezile pentru existența lui Dumnezeu erau false, deci nu există Dumnezeu. Între timp, doar metodologia este testată astfel: toate dovezile pentru existența lui Dumnezeu erau false, dar nu se pot face concluzii despre existența sau existența lui. Și acest lucru este într-adevăr în afara domeniului de aplicare, dar există și o problemă uriașă aici - metodologia de cercetare corectă: corectă sau greșită, aceasta se aplică fiecărui domeniu, fie că este vorba de fizică, astronomie, filozofie sau teologie.

De ce este folosit pentru a descoperi secrete - o nevoie firească de a aprofunda cunoștințele, de a progresa sau de a satisface nevoile subiective ale cercetătorilor individuali? Acest lucru poate fi văzut în exemplul așa-numitului dezinhibat. cercetare de baza. Natura lor este de a descoperi secretele naturii, indiferent de stimulentul folosit frecvent de a le folosi direct. Când Faraday a descoperit fenomenul inducției electromagnetice, a fost întrebat cum ar fi să ai umanitate?

El a spus evaziv că veți plăti cu siguranță taxe și nu veți apela la partea științifică a descoperirii. Nevoia lui subiectivă era dorința de a cunoaște și satisfacția care decurgea din aceasta. Mi se pare că folosirea utilităţii cercetării nu este justificată.

Lăsați universitatea în cercetarea de bază să continue să pună întrebări despre de ce și să descopere noi legi sau reglementări, iar colegiile de uz tehnic ar trebui să le folosească pentru a face viața mai ușoară, mai convenabilă, mai interesantă, mai atractivă etc. transferul greșit al acestei unități nu va face bine. S.: Căutarea adevărului este dezinteresată. Copilul ridică mii de întrebări, iar părinţii le răspund. Când Columb a plecat într-o călătorie în jurul lumii, a fost întrebat de ce merge acolo.

Căci întreaga lume a fost creată. Dar trebuia să știe cum curge singur. Ne ucide cu afirmația că totul ar trebui să fie util. Căci în acest caz adevărul este tratat instrumental, știind că și misterul joacă un rol important. Întrebarea sensului vieții umane devine complet inutilă în cultura noastră. Dar, pe de altă parte, dacă nu ne-am pune această întrebare, viața noastră ar fi lipsită de sens. În primul rând, există abnegația și apoi se poate dovedi că adevărul este folosit în moduri diferite în beneficiul vieții personale, sociale, economice, politice.

* (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 57.)

Pentru fiecare deschidere trebuie să fii bine pregătit. Fiecare descoperire, chiar și așa-numita catastrofă medială, este acoperită de cunoștințele și experiența vastă a cercetătorului. Doar cunoștințele mari, imaginația și depășirea cadrului tradițional al cercetării științifice ne permit să vedem ceva nou, nou, necunoscut și apoi numit descoperire. Copernic a fost condamnat nu pentru că nu-l plăcea, de exemplu, era din Torun, ci pentru că nu putea înțelege că Biblia nu poate fi citită literal. Adesea, cercetătorul se confruntă cu o abordare vulgară a învățării, cunoașterii și neînțelegerii.

Uneori, descoperitorul este înaintea timpului său, doar noua generație îi acceptă descoperirea. Și astăzi avem tendința firească de a întinde confortabil lumea în direcții diferite, astfel încât să nu avem nevoie să gândim, doar să consumăm. Un exemplu este James Clerk Maxwell, a cărui ecuație celebră este civilizația noastră; Fără ele, ar fi greu de imaginat succesul și dezvoltarea de astăzi. Cu toate acestea, înțelegerea de către Maxwell a mecanismului de propagare electromagnetică nu se încadrează în interpretarea de astăzi a acestui fenomen.

În plus, Olivier Heaviside, un alt om de știință și matematician, și-a făcut foarte utile formulele matematice și matematice. Acesta este un exemplu de esență și tip de continuitate a științei: mulți oameni de știință, chiar și „cei mai mici” au contribuit la cunoașterea universală. Nu este asta reconfortant într-o eră a încă o nouă umilință a lumii academice? Care sunt secretele științei moderne care se confruntă cu cele mai mari oportunități de cercetare?

Oamenii de știință încă se întreabă de ce sarcina protonului este pozitivă și electronul este negativ? Ce proprietăți are antimateria? Cum se comportă un material cunoscut la temperaturi foarte ridicate? Aceste întrebări contează cu adevărat. Vorbim despre temperaturi comparabile cu temperatura internă a Soarelui. Aceasta este o problemă uriașă pentru fizicieni, foarte importantă în contextul căutării de noi surse de energie.

Pentru a ilustra importanța acestei probleme pentru umanitate, este suficient să oferim una dintre estimări. Într-o situație de progres atât de mare în știință, folosirea naturii în slujba umanității, problema rămâne un om din ce în ce mai confuz. Schimbările încep să se estompeze. Dezvoltarea neexplorată a științei nu are un impact negativ asupra dezvoltării intelectuale a societăților, ci, dimpotrivă, se înmulțesc fenomene negative, precum analfabetismul secundar.

* (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 335.)

* (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 445.)

** (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 478.)

*** (M. Faraday, Cercetări experimentale asupra energiei electrice, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, p. 487.)

* (E. X. Lenz, Lucrări alese, Ed. AN SSSR, 1950, p. 148-149.)

Încălzirea firului prin curent galvanic este proporțională cu rezistența firului.
Încălzirea firului de către un curent galvanic este proporțională cu pătratul curentului folosit pentru încălzire "**.

* (E. X. Lenz, Lucrări alese, Ed. AN SSSR, 1950, p. 361.)

** (E. X. Lenz, Lucrări alese, Ed. AN SSSR, 1950, p. 441.)

Henry pentru prima dată (1832) a observat fenomenul de auto-inducție, iar prioritatea sa este marcată de numele unității de auto-inducție „henry”.

În 1858 P. Blaserna(1836-1918) a realizat o curbă experimentală de rezonanță a oscilațiilor electrice, studiind acțiunea unui circuit inductor de descărcare care conține o bancă de condensatoare și conductoare de închidere la un circuit lateral, cu lungimea variabilă a conductorului indus. În același 1858 Wilhelm Feddersen(1832-1918) a observat descărcarea unei scântei a unui borcan Leyden într-o oglindă rotativă, iar în 1862 a fotografiat imaginea unei scântei de descărcare într-o oglindă rotativă. Astfel, caracterul oscilator al descărcării a fost stabilit cu deplină claritate. În același timp, formula Thomson a fost verificată experimental. Astfel, pas cu pas, doctrina a vibratii electrice, constituind fundamentul științific al ingineriei electrice a curenților alternativi și a ingineriei radio.

\
\
\
\
\
\
\L

Portal pentru student. Autoinstruire

Subiectul lecției:

Descoperirea inducției electromagnetice. flux magnetic.

Descoperirea inducției electromagnetice

Formularea legii

flux magnetic

ARTICOLE SIMILARE