Finora abbiamo considerato campi elettrici e magnetici che non cambiano nel tempo. Si è scoperto che il campo elettrico è creato da cariche elettriche e il campo magnetico da cariche in movimento, cioè corrente elettrica. Passiamo alla conoscenza dei campi elettrici e magnetici, che cambiano nel tempo.

Maggior parte fatto importante, che è stato scoperto, è la relazione più stretta tra campi elettrici e magnetici. Un campo magnetico variabile nel tempo genera un campo elettrico, mentre un campo elettrico variabile genera un campo magnetico. Senza questa connessione tra i campi, la varietà delle manifestazioni delle forze elettromagnetiche non sarebbe così ampia come in realtà sono. Non ci sarebbero né onde radio né luce.

Non è un caso che il primo passo decisivo nella scoperta di nuove proprietà delle interazioni elettromagnetiche sia stato compiuto dal fondatore del concetto di campo elettromagnetico: Faraday. Faraday era fiducioso nella natura unificata dei fenomeni elettrici e magnetici. Grazie a ciò, fece una scoperta, che successivamente costituì la base per la progettazione di generatori per tutte le centrali elettriche del mondo, convertendo l'energia meccanica in energia corrente elettrica. (Altre fonti: celle galvaniche, batterie, ecc. - forniscono una quota insignificante dell'energia generata.)

Una corrente elettrica, ragionò Faraday, può magnetizzare un pezzo di ferro. Un magnete non potrebbe, a sua volta, provocare una corrente elettrica?

Per molto tempo non è stato possibile scoprire questa connessione. Era difficile capire la cosa principale, vale a dire: solo un magnete in movimento o un campo magnetico variabile nel tempo possono eccitare una corrente elettrica in una bobina.

Il fatto seguente mostra che tipo di incidenti avrebbero potuto impedire la scoperta. Quasi contemporaneamente a Faraday, il fisico svizzero Colladon cercò di produrre corrente elettrica in una bobina utilizzando un magnete. Durante il lavoro, utilizzava un galvanometro, il cui ago magnetico leggero era posizionato all'interno della bobina del dispositivo. Affinché il magnete non avesse un effetto diretto sull'ago, le estremità della bobina in cui Colladon inserì il magnete, sperando di ricevere corrente, furono portate nella stanza accanto e lì collegate a un galvanometro. Dopo aver inserito il magnete nella bobina, Colladon entrò nella stanza accanto e, con disappunto,

Mi sono assicurato che il galvanometro non mostrasse corrente. Se avesse dovuto solo guardare continuamente il galvanometro e chiedere a qualcuno di lavorare sul magnete, sarebbe stata fatta una scoperta notevole. Ma ciò non è avvenuto. Un magnete a riposo rispetto alla bobina non genera corrente al suo interno.

Fenomeno induzione elettromagnetica consiste nel verificarsi di una corrente elettrica in un circuito conduttore, che è fermo in un campo magnetico variabile nel tempo, oppure si muove in un campo magnetico costante in modo tale che il numero di linee di induzione magnetica che penetrano nel circuito cambia. Fu scoperto il 29 agosto 1831. È raro che la data di una nuova straordinaria scoperta sia conosciuta con tanta precisione. Ecco una descrizione del primo esperimento fornita dallo stesso Faraday:

“Un filo di rame lungo 203 piedi era avvolto su un largo rocchetto di legno, e tra le sue spire era avvolto un filo della stessa lunghezza, ma isolato dal primo con un filo di cotone. Una di queste spirali era collegata ad un galvanometro, e l'altra ad una potente batteria composta da 100 paia di piastre... Quando il circuito era chiuso, sul galvanometro si notava un'azione improvvisa ma estremamente debole, e lo stesso si notava quando la corrente si fermò. Con il continuo passaggio di corrente attraverso una delle spirali, non è stato possibile notare né un effetto sul galvanometro, né alcun effetto induttivo sull'altra spirale, nonostante il riscaldamento dell'intera spirale collegata alla batteria e la luminosità della scintilla che saltava tra i carboni indicava la potenza della batteria" (Faraday M. "Experimental Research in Electricity", 1a serie).

Quindi, inizialmente, l'induzione è stata scoperta nei conduttori che sono immobili l'uno rispetto all'altro durante la chiusura e l'apertura del circuito. Quindi, comprendendo chiaramente che avvicinare o allontanare i conduttori percorsi da corrente dovrebbe portare allo stesso risultato della chiusura e dell'apertura di un circuito, Faraday ha dimostrato attraverso esperimenti che la corrente si forma quando le bobine si muovono l'una verso l'altra.

riguardo ad un amico. Conoscendo le opere di Ampere, Faraday capì che un magnete è un insieme di piccole correnti che circolano nelle molecole. Il 17 ottobre, come riportato nel suo taccuino di laboratorio, fu ritrovato corrente indotta nella bobina mentre il magnete si muove dentro (o fuori). Nel giro di un mese Faraday scoprì sperimentalmente tutte le caratteristiche essenziali del fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

Attualmente tutti possono ripetere gli esperimenti di Faraday. Per fare questo, devi avere due bobine, un magnete, una batteria di elementi e un galvanometro abbastanza sensibile.

Nell'installazione mostrata nella Figura 238, una corrente di induzione si verifica in una delle bobine quando il circuito elettrico di un'altra bobina, stazionaria rispetto alla prima, viene chiuso o aperto. Nell'installazione della Figura 239, l'intensità di corrente in una delle bobine viene modificata utilizzando un reostato. Nella Figura 240, a, la corrente di induzione appare quando le bobine si muovono l'una rispetto all'altra e nella Figura 240, b - quando un magnete permanente si muove rispetto alla bobina.

Lo stesso Faraday aveva già capito il concetto generale da cui dipende la comparsa di una corrente di induzione in esperimenti che esteriormente sembrano diversi.

In un circuito conduttivo chiuso, si forma una corrente quando cambia il numero di linee di induzione magnetica che attraversano l'area limitata da questo circuito. E quanto più velocemente cambia il numero di linee di induzione magnetica, tanto maggiore è la corrente di induzione risultante. In questo caso il motivo della variazione del numero di linee di induzione magnetica è del tutto indifferente. Ciò può essere un cambiamento nel numero di linee di induzione magnetica che penetrano nell'area di un circuito conduttore stazionario a causa di un cambiamento nell'intensità di corrente nella bobina adiacente (Fig. 238), o un cambiamento nel numero di linee di induzione dovuto al movimento del circuito in un campo magnetico non uniforme, la cui densità delle linee varia nello spazio (Fig. 241).

Nuovo periodo di sviluppo scienza fisica inizia con l'ingegnosa scoperta di Faraday induzione elettromagnetica. Fu in questa scoperta che fu chiaramente dimostrata la capacità della scienza di arricchire la tecnologia con nuove idee. Lo stesso Faraday ne aveva già previsto, sulla base della sua scoperta, l'esistenza onde elettromagnetiche. Il 12 marzo 1832 sigillò una busta con la scritta "Nuove opinioni da conservare per il momento in una busta sigillata negli archivi della Royal Society". Questa busta fu aperta nel 1938. Si scoprì che Faraday capì abbastanza chiaramente che le azioni induttive si propagano a una velocità finita in modo ondulatorio. "Credo che sia possibile applicare la teoria delle oscillazioni alla propagazione dell'induzione elettrica", ha scritto Faraday. Allo stesso tempo, ha sottolineato che “la propagazione dell’influenza magnetica richiede tempo, cioè, quando un magnete agisce su un altro magnete distante o su un pezzo di ferro, la causa d’influenza (che oso chiamare magnetismo) si diffonde gradualmente dai corpi magnetici e richiede un certo tempo per la sua propagazione", il che, ovviamente, sarà molto insignificante. Credo anche che l'induzione elettrica si propaghi esattamente allo stesso modo. Credo che la propagazione delle forze magnetiche da un polo magnetico sia simile all'oscillazione di un superficie dell'acqua perturbata o alle vibrazioni sonore delle particelle d'aria."

Faraday capì l'importanza della sua idea e, non potendo verificarla sperimentalmente, decise con l'aiuto di questa busta “di assicurarsi la scoperta e, quindi, di avere il diritto, in caso di conferma sperimentale, di dichiarare questa data come la data della sua scoperta." Così, il 12 marzo 1832, l'umanità arrivò per la prima volta all'idea dell'esistenza onde elettromagnetiche. Da questa data inizia la storia della scoperta Radio.

Ma la scoperta di Faraday è stata importante non solo nella storia della tecnologia. Ha avuto un enorme impatto sullo sviluppo della comprensione scientifica del mondo. Con questa scoperta, un nuovo oggetto entra nella fisica - campo fisico. La scoperta di Faraday appartiene quindi a quelle fondamentali scoperte scientifiche, che lasciano un segno notevole nell'intera storia della cultura umana.

Rilegatore di libri, figlio di un fabbro londinese nato a Londra il 22 settembre 1791. Il genio autodidatta non ebbe nemmeno l'opportunità di finire scuola elementare e ha aperto la strada alla scienza stessa. Mentre studiava rilegatura, leggeva libri, soprattutto di chimica, ed eseguiva lui stesso esperimenti chimici. Ascoltando le conferenze pubbliche del famoso chimico Davy, si convinse finalmente che la sua vocazione fosse la scienza e gli chiese di assumerlo alla Royal Institution. Dal 1813, quando Faraday fu ammesso all'istituto come assistente di laboratorio, fino alla sua morte (25 agosto 1867), visse di scienza. Già nel 1821, quando Faraday ricevette la rotazione elettromagnetica, si pose l'obiettivo di "convertire il magnetismo in elettricità". Dieci anni di ricerca e duro lavoro culminarono nella scoperta dell'induzione elettromagnetica il 29 agosto 1871.

"Duecentotre piedi di filo di rame in un unico pezzo furono avvolti attorno a un grosso tamburo di legno; altri duecentotre piedi dello stesso filo furono isolati a spirale tra le spire del primo avvolgimento, eliminando il contatto metallico mediante di una corda. Una di queste spirali era collegata ad un galvanometro, e l'altra con una batteria ben carica di cento paia di piastre quadrate da quattro pollici con doppie piastre di rame. Alla chiusura del contatto si verificava un effetto temporaneo ma molto leggero sul galvanometro, e un simile leggero effetto si verificò all'apertura del contatto con la batteria." Così Faraday descrisse il suo primo esperimento sull'induzione di correnti. Chiamò questo tipo di induzione induzione voltaica. Descrive ulteriormente la sua esperienza principale con l'anello di ferro, il prototipo del moderno trasformatore.

"Un anello era saldato da un pezzo rotondo di ferro dolce; lo spessore del metallo era di sette ottavi di pollice, e il diametro esterno dell'anello di sei pollici. Intorno a una parte di questo anello erano avvolte tre spirali, ciascuna contenente circa ventiquattro piedi di filo di rame, spesso un ventesimo di pollice. Le spirali erano isolate dal ferro e l'una dall'altra..., occupando circa nove pollici lungo la lunghezza dell'anello. Potevano essere usate singolarmente o insieme, questo gruppo essendo designato dalla lettera A. Intorno all'altra parte dell'anello erano avvolti nello stesso modo circa sessanta piedi dello stesso filo di rame in due pezzi, che formavano una spirale B, avente la stessa direzione delle spirali A, ma separati da ciascuna estremità da circa mezzo pollice di ferro nudo.

La spirale B era collegata mediante fili di rame ad un galvanometro posto a tre piedi dal ferro. Le singole spirali erano collegate capo a capo in modo da formare una spirale comune, le cui estremità erano collegate ad una batteria di dieci paia di piastre di quattro pollici quadrati. Il galvanometro reagì immediatamente, e molto più fortemente di quanto osservato, come sopra descritto, servendosi di una bobina dieci volte più potente, ma senza ferro; tuttavia, nonostante il mantenimento dei contatti, l'azione è cessata. Quando il contatto con la batteria fu aperto, la freccia deviò nuovamente fortemente, ma nella direzione opposta a quella indotta nel primo caso."

Faraday investigò ulteriormente l'influenza del ferro mediante esperimento diretto, introducendo un'asta di ferro all'interno di una bobina cava, in questo caso "la corrente indotta aveva un effetto molto forte sul galvanometro". "Un effetto simile è stato poi ottenuto con l'aiuto dell'ordinario magneti". Faraday ha chiamato questa azione induzione magnetoelettrica, supponendo che la natura dell'induzione voltaica e magnetoelettrica sia la stessa.

Tutti gli esperimenti descritti costituiscono il contenuto della prima e della seconda sezione dell'opera classica di Faraday "Ricerca sperimentale sull'elettricità", iniziata il 24 novembre 1831. Nella terza sezione di questa serie, "Sul nuovo stato elettrico della materia", Faraday per la prima volta cerca di descrivere le nuove proprietà dei corpi manifestate nell'induzione elettromagnetica. Chiama questa proprietà da lui scoperta “stato elettrotonico”. Questo è il primo germe dell'idea di campo, che fu poi formata da Faraday e formulata con precisione per la prima volta da Maxwell. La quarta sezione della prima serie è dedicata alla spiegazione del fenomeno Arago. Faraday classifica correttamente questo fenomeno come induzione e cerca di utilizzare questo fenomeno per “ottenere una nuova fonte di elettricità”. Muovendo un disco di rame tra i poli di un magnete, questo riceveva corrente nel galvanometro mediante contatti striscianti. Questo è stato il primo Macchina dinamo. Faraday riassume i risultati dei suoi esperimenti con le seguenti parole: “È stato così dimostrato che è possibile creare una corrente elettrica costante per mezzo di un comune magnete”. Dai suoi esperimenti sull’induzione nei conduttori in movimento, Faraday derivò la relazione tra il polo di un magnete, il conduttore in movimento e la direzione della corrente indotta, cioè “la legge che governa la produzione di elettricità attraverso l’induzione magnetoelettrica”. Come risultato della sua ricerca, Faraday stabilì che "la capacità di indurre correnti si manifesta in un cerchio attorno alla risultante magnetica o all'asse della forza esattamente nello stesso modo in cui il magnetismo situato attorno a un cerchio si manifesta attorno a una corrente elettrica e viene rilevato da essa" *.

* (M.Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, Vol. I, Ed. Accademia delle Scienze dell'URSS, 1947, pagina 57.)

In altre parole, attorno a un flusso magnetico alternato si forma un campo elettrico a vortice, proprio come un campo magnetico a vortice si forma attorno a una corrente elettrica. Questo fatto fondamentale fu riassunto da Maxwell sotto forma delle sue due equazioni elettriche campo magnetico.

Allo studio dei fenomeni di induzione elettromagnetica, in particolare dell'azione induttiva del campo magnetico terrestre, è dedicata anche la seconda serie di “Ricerche”, iniziata il 12 gennaio 1832. Faraday dedica la terza serie, iniziata il 10 gennaio 1833 , a dimostrare l'identità dei vari tipi di elettricità: elettrostatica, galvanica, animale, magnetoelettrica (cioè ottenuta per induzione elettromagnetica). Faraday giunge alla conclusione che l'elettricità ottenuta con metodi diversi è qualitativamente la stessa, la differenza nelle azioni è solo quantitativa. Ciò ha dato il colpo finale al concetto di vari "fluidi" di resina e elettricità del vetro, galvanismo, elettricità animale. L'elettricità si è rivelata un'entità unica, ma polare.

Molto importante è la quinta serie delle Ricerche di Faraday, iniziata il 18 giugno 1833. Qui Faraday inizia le sue ricerche sull'elettrolisi, che lo porteranno alla stesura delle famose leggi che portano il suo nome. Questi studi furono continuati nella settima serie, iniziata il 9 gennaio 1834. In quest'ultima serie Faraday propone una nuova terminologia: propone di chiamare i poli che forniscono corrente all'elettrolita elettrodi, chiamare elettrodo positivo anodo, e negativo - catodo, particelle di sostanza depositata che vanno all'anodo da lui chiamato anioni, e le particelle che vanno al catodo lo sono cationi. Inoltre, possiede i termini elettrolita per le sostanze degradabili, ioni E equivalenti elettrochimici. Tutti questi termini sono saldamente stabiliti nella scienza. Faraday trae la conclusione corretta dalle leggi che ha scoperto che di alcune possiamo parlare quantità assoluta elettricità associata agli atomi della materia ordinaria. "Sebbene non sappiamo nulla di cosa sia un atomo", scrive Faraday, "immaginiamo involontariamente qualche piccola particella che appare alla nostra mente quando ci pensiamo; tuttavia, nella stessa o anche maggiore ignoranza in cui ci troviamo rispetto all'elettricità, noi non sono nemmeno in grado di dire se rappresenti una o più materie speciali, o semplicemente il movimento della materia ordinaria, o qualche altra forma di forza o agente; tuttavia vi è un gran numero di fatti che ci fanno pensare che gli atomi di la materia è in qualche modo dotata o connessa con forze elettriche, e ad esse devono le loro qualità più notevoli, inclusa la loro affinità chimica tra loro."

* (M.Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, Vol. I, Ed. Accademia delle Scienze dell'URSS, 1947, pagina 335.)

Pertanto, Faraday ha espresso chiaramente l'idea di "elettrificazione" della materia, struttura atomica elettricità, e l’atomo di elettricità, o, come dice Faraday, “la quantità assoluta di elettricità”, risulta essere "altrettanto deciso nella sua azione, come uno qualsiasi dei quelle quantità le quali, rimanendo connesse con le particelle della materia, conferiscono loro la loro affinità chimica." Carica elettrica elementare, come mostrato ulteriori sviluppi fisica, può infatti essere determinata dalle leggi di Faraday.

La nona serie degli Studi di Faraday fu molto importante. Questa serie, iniziata il 18 dicembre 1834, trattava dei fenomeni di autoinduzione, con correnti extra di chiusura e di apertura. Faraday sottolinea nel descrivere questi fenomeni che sebbene abbiano delle caratteristiche inerzia, Tuttavia, il fenomeno dell'autoinduzione si distingue dall'inerzia meccanica per il fatto che essi dipendono da forme conduttore. Faraday nota che "l'estratto è identico a... corrente indotta"*. Di conseguenza, Faraday sviluppò un’idea del significato molto ampio del processo di induzione. Nell'undicesimo ciclo dei suoi studi, iniziati il ​​30 novembre 1837, afferma: “L'induzione ha il ruolo più generale in tutti i fenomeni elettrici, partecipando, apparentemente, a ciascuno di essi, e di fatto porta i tratti del primo ed essenziale principio”** . In particolare, secondo Faraday, ogni processo di carica è un processo di induzione, compensazioni cariche opposte: "le sostanze non possono essere caricate in modo assoluto, ma solo relativamente, secondo la legge identica all'induzione. Ogni carica è supportata dall'induzione. Tutti i fenomeni voltaggio includere l'inizio delle induzioni" ***. Il significato di queste affermazioni di Faraday è che qualsiasi campo elettrico ("fenomeno di tensione" - nella terminologia di Faraday) è necessariamente accompagnato da un processo di induzione nel mezzo ("spostamento" - nella terminologia successiva di Maxwell terminologia). Questo processo è determinato dalle proprietà del mezzo, la sua "capacità induttiva", nella terminologia di Faraday, o "costante dielettrica", nella terminologia moderna. Gli esperimenti di Faraday con un condensatore sferico hanno determinato la costante dielettrica di un numero di sostanze con rispetto all'aria.Questi esperimenti rafforzarono l'idea di Faraday del ruolo essenziale del mezzo nei processi elettromagnetici.

* (M.Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, Vol. I, Ed. Accademia delle Scienze dell'URSS, 1947, pagina 445.)

** (M.Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, Vol. I, Ed. Accademia delle Scienze dell'URSS, 1947, pagina 478.)

*** (M.Faraday, Ricerca sperimentale sull'elettricità, Vol. I, Ed. Accademia delle Scienze dell'URSS, 1947, pagina 487.)

La legge dell'induzione elettromagnetica è stata sviluppata in modo significativo da un fisico russo dell'Accademia di San Pietroburgo Emilie Christianovich Lentz(1804-1865). Il 29 novembre 1833 Lenz riferì all'Accademia delle Scienze la sua ricerca "Sulla determinazione della direzione delle correnti galvaniche eccitate mediante induzione elettrodinamica". Lenz ha dimostrato che l'induzione magnetoelettrica di Faraday è strettamente correlata alle forze elettromagnetiche di Ampere. “La posizione per cui il fenomeno magnetoelettrico si riduce a quello elettromagnetico è la seguente: se un conduttore metallico si muove vicino a una corrente galvanica o a un magnete, in esso viene eccitata una corrente galvanica in una direzione tale che, se il conduttore fosse fermo, la corrente potrebbe farlo muovere nella direzione opposta; si presuppone che un conduttore a riposo possa muoversi solo nel senso del movimento oppure in quello opposto"*.

* (EH Lenz, Opere scelte, ed. Accademia delle Scienze dell'URSS, 1950, pp. 148-149.)

Questo principio di Lenz rivela l'energia dei processi di induzione e di riproduzione ruolo importante nel lavoro di Helmholtz sulla definizione della legge di conservazione dell'energia. Lo stesso Lenz derivò dalla sua regola il principio ben noto in elettrotecnica della reversibilità delle macchine elettromagnetiche: se si fa ruotare una bobina tra i poli di un magnete, si genera una corrente; al contrario, se gli viene inviata corrente, ruoterà. Un motore elettrico può essere trasformato in un generatore e viceversa. Studiando l'azione delle macchine magnetoelettriche, Lenz scoprì nel 1847 la reazione di armatura.

Nel 1842-1843. Lenz produsse uno studio classico "Sulle leggi del rilascio di calore mediante corrente galvanica" (riportato il 2 dicembre 1842, pubblicato nel 1843), iniziato molto prima degli esperimenti simili di Joule (il rapporto di Joule apparve nell'ottobre 1841) e continuato da lui nonostante la pubblicazione Joule, “poiché gli esperimenti di quest’ultimo possono incontrare alcune giustificate obiezioni, come ha già dimostrato il nostro collega accademico Hess” *. Lenz misura l'entità della corrente utilizzando una bussola tangente, uno strumento inventato dal professore di Helsingfors Johann Nervander (1805-1848), e nella prima parte del suo messaggio esamina questo strumento. Nella seconda parte, “Heat Release in Wires”, riportata l’11 agosto 1843, arriva alla sua famosa legge:

"
1. Il riscaldamento del filo mediante corrente galvanica è proporzionale alla resistenza del filo.
2. Il riscaldamento di un filo mediante corrente galvanica è proporzionale al quadrato della corrente utilizzata per il riscaldamento"**.

* (EH Lenz, Opere scelte, ed. Accademia delle Scienze dell'URSS, 1950, pagina 361.)

** (EH Lenz, Opere scelte, ed. Accademia delle Scienze dell'URSS, 1950, pagina 441.)

La legge di Joule-Lenz ha svolto un ruolo importante nello stabilire la legge di conservazione dell'energia. L’intero sviluppo della scienza dei fenomeni elettrici e magnetici ha portato all’idea dell’unità delle forze della natura, all’idea di preservare queste “forze”.

Quasi contemporaneamente a Faraday, un fisico americano osservò l'induzione elettromagnetica Giuseppe Enrico(1797-1878). Henry realizzò un grande elettromagnete (1828) che, alimentato da una cella galvanica a bassa resistenza, supportava un carico di 2.000 libbre. Faraday menziona questo elettromagnete e sottolinea che con il suo aiuto si può ottenere una forte scintilla quando viene aperto.

Henry fu il primo ad osservare il fenomeno dell'autoinduzione (1832), e la sua priorità è contrassegnata dal nome dell'unità di autoinduzione “Henry”.

Nel 1842 Henry fondò carattere oscillatorio categoria Vaso di Leida. Il sottile ago di vetro con cui studiò questo fenomeno era magnetizzato con diverse polarità, mentre la direzione della scarica rimaneva invariata. "Lo scarico, qualunque sia la sua natura", conclude Henry, "non sembra (usando la teoria di Franklin. - P.K.) essere un singolo trasferimento di fluido senza peso da una piastra all'altra; il fenomeno scoperto ci costringe a supporre l'esistenza di un flusso principale scarica in una direzione, e poi diversi strani movimenti avanti e indietro, ciascuno più debole del precedente, continuando fino al raggiungimento dell'equilibrio."

I fenomeni di induzione stanno diventando un argomento importante nella ricerca fisica. Nel 1845, un fisico tedesco Franz Neumann(1798-1895) diede l'espressione matematica legge di induzione, riassumendo la ricerca di Faraday e Lenz.

La forza elettromotrice dell'induzione è stata espressa da Neumann sotto forma di derivata temporale di alcune funzioni che inducono la corrente e la configurazione reciproca delle correnti interagenti. Neumann chiamò questa funzione potenziale elettrodinamico. Trovò anche un'espressione per il coefficiente di mutua induzione. Nel suo saggio “Sulla conservazione della forza” del 1847, Helmholtz derivò l’espressione di Neumann per la legge dell’induzione elettromagnetica da considerazioni energetiche. Nella stessa opera Helmholtz afferma che la scarica di un condensatore “non è... un semplice movimento di elettricità in una direzione, ma... il suo flusso in una direzione o nell'altra tra due armature sotto forma di oscillazioni che diventano sempre meno, finché alla fine ogni forza vivente sarà distrutta dalla somma delle resistenze."

Nel 1853 William Thomson(1824-1907) fornì una teoria matematica della scarica oscillatoria di un condensatore e stabilì la dipendenza del periodo di oscillazione dai parametri del circuito oscillatorio (formula di Thomson).

Nel 1858 P. Blazerna(1836-1918) registrò sperimentalmente la curva di risonanza delle oscillazioni elettriche, studiando l'effetto di un circuito inducente la scarica contenente un banco di condensatori e collegando i conduttori ad un circuito laterale, con una lunghezza variabile del conduttore indotto. Anche nel 1858 Wilhelm Feddersen(1832-1918) osservò la scarica di scintilla di una bottiglia di Leida in uno specchio rotante e nel 1862 fotografò l'immagine di una scarica di scintilla in uno specchio rotante. Pertanto, la natura oscillatoria della scarica è stata chiaramente stabilita. Allo stesso tempo, la formula di Thomson è stata testata sperimentalmente. Così, passo dopo passo, la dottrina dell' vibrazioni elettriche, che costituisce la base scientifica dell'ingegneria elettrica a corrente alternata e dell'ingegneria radiofonica.

Storia della scoperta dell'induzione elettromagnetica. Le scoperte di Hans Christian Ørsted e André Marie Ampere hanno dimostrato che l'elettricità ha una forza magnetica. L'influenza dei fenomeni magnetici su quelli elettrici fu scoperta da Michael Faraday. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () "Converti il ​​magnetismo in elettricità", scrisse nel suo diario nel 1822. Fisico inglese, fondatore della dottrina del campo elettromagnetico, membro onorario straniero dell'Accademia delle Scienze di San Pietroburgo (1830).

Descrizione degli esperimenti di Michael Faraday Due fili di rame sono avvolti su un blocco di legno. Uno dei fili era collegato a un galvanometro, l'altro a una potente batteria. Quando il circuito veniva chiuso, sul galvanometro si osservava un'azione improvvisa ma estremamente debole, e lo stesso effetto veniva osservato quando la corrente veniva interrotta. Con il continuo passaggio di corrente attraverso una delle spirali non era possibile rilevare deviazioni dell'ago del galvanometro

Descrizione degli esperimenti di Michael Faraday Un altro esperimento consisteva nel registrare i picchi di corrente ai capi di una bobina nella quale era inserito un magnete permanente. Faraday chiamò tali esplosioni “onde di elettricità”

Campo elettromagnetico di induzione La campo elettromagnetico di induzione, che provoca picchi di corrente ("onde elettriche"), non dipende dall'entità del flusso magnetico, ma dalla velocità del suo cambiamento.

1. Determinare la direzione delle linee di induzione del campo esterno B (escono da N ed entrano in S). 2. Determinare se il flusso magnetico attraverso il circuito aumenta o diminuisce (se il magnete si muove all'interno dell'anello, allora Ф>0, se si muove verso l'esterno, allora Ф 0, se si muove verso l'esterno, allora Ф 0, se si muove verso l'esterno, allora poi Ф 0, se esce, allora Ф 0 , se si estende, allora F
3. Determinare la direzione delle linee di induzione del campo magnetico B creato dalla corrente indotta (se Ф>0, allora le linee B e B sono dirette in direzioni opposte; se Ф 0, allora le linee B e B sono dirette in direzioni opposte ; se Ф 0, allora le linee B e B sono dirette in direzioni opposte; se Ф 0, allora le linee B e B sono dirette in direzioni opposte; se Ф 0, allora le linee B e B sono dirette in direzioni opposte; se Ф

Domande Formulare la legge dell'induzione elettromagnetica. Chi è il fondatore di questa legge? Cos'è la corrente indotta e come determinarne la direzione? Cosa determina l’entità della fem indotta? Il principio di funzionamento di quali dispositivi elettrici si basa sulla legge dell'induzione elettromagnetica?

La legge dell'induzione elettromagnetica è una formula che spiega la formazione di campi elettromagnetici in un circuito chiuso di un conduttore quando cambia l'intensità del campo magnetico. Il postulato spiega il funzionamento di trasformatori, induttanze e altri prodotti che supportano lo sviluppo della tecnologia odierna.

La storia di Michael Faraday

Michael Faraday è stato ritirato da scuola insieme al fratello maggiore a causa di un difetto di pronuncia. Lo scopritore dell'induzione elettromagnetica balbettava, irritando l'insegnante. Ha dato i soldi per comprare un bastone e frustare un potenziale cliente logopedista. E il fratello maggiore di Michael.

Il futuro luminare della scienza era davvero il beniamino del destino. Per tutta la vita, con la dovuta tenacia, ha trovato aiuto. Il fratello restituì la moneta con disprezzo, riferendo l'accaduto alla madre. La famiglia non era considerata ricca e il padre, valente artigiano, aveva difficoltà ad arrivare a fine mese. I fratelli iniziarono presto a cercare lavoro: la famiglia viveva di elemosina dal 1801, Michele a quel tempo aveva dieci anni.

All'età di tredici anni, Faraday entrò in una libreria come fattorino di giornali. Attraverso tutta la città riesce a malapena a raggiungere gli indirizzi alle estremità opposte di Londra. Grazie alla sua diligenza, il proprietario della Ribot offre a Faraday un lavoro gratuito come apprendista rilegatore per sette anni. Nei tempi antichi, un uomo della strada pagava un maestro per il processo di acquisizione di un mestiere. Come l'abilità meccanica di George Ohm, il processo di rilegatura di Faraday si rivelò pienamente utile in futuro. Grande ruolo giocato dal fatto che Michael leggeva scrupolosamente i libri che rientravano nel suo lavoro.

Faraday scrive di aver creduto altrettanto prontamente al trattato della signora Marcet (Conversazioni sulla chimica) e ai racconti delle Mille e una notte. Il desiderio di diventare uno scienziato ha giocato un ruolo importante in questa materia. Faraday sceglie due direzioni: elettricità e chimica. Nel primo caso, la principale fonte di conoscenza è l'Enciclopedia Britannica. Una mente curiosa richiede conferma di ciò che è scritto, il giovane rilegatore mette costantemente alla prova le sue conoscenze nella pratica. Faraday diventa uno sperimentatore esperto, che giocherà un ruolo di primo piano nello studio dell'induzione elettromagnetica.

Ricordiamo che stiamo parlando di uno studente senza reddito proprio. Il fratello maggiore e il padre hanno fornito assistenza come meglio potevano. Dai reagenti chimici all'assemblaggio di un generatore elettrostatico, gli esperimenti richiedono una fonte di energia. Allo stesso tempo, Faraday riesce a frequentare lezioni retribuite sulle scienze naturali e annota meticolosamente le sue conoscenze su un taccuino. Quindi rilega gli appunti, utilizzando le competenze acquisite. L'apprendistato termina nel 1812, Faraday inizia a cercare lavoro. Il nuovo proprietario non è così accomodante e, nonostante la prospettiva di diventare l'erede dell'azienda, Michael si avvia alla scoperta dell'induzione elettromagnetica.

Il percorso scientifico di Faraday

Nel 1813, il destino sorrise allo scienziato che diede al mondo l'idea dell'induzione elettromagnetica: riuscì a ottenere la posizione di segretario di Sir Humphrey Davy, un breve periodo di conoscenza avrebbe avuto un ruolo in futuro. Faraday non può più sopportare di svolgere i compiti di rilegatore, quindi scrive una lettera a Joseph Banks, allora presidente della Royal Scientific Society. Un fatto ti dirà la natura delle attività dell'organizzazione: Faraday ha ricevuto una posizione chiamata servitore senior: aiuta i docenti, pulisce la polvere dalle attrezzature e controlla i trasporti. Joseph Banks ignora il messaggio, Michael non si perde d'animo e scrive a Davy. Dopotutto, non ci sono altre organizzazioni scientifiche in Inghilterra!

Davy è molto attento perché conosce Michael personalmente. Non essendo dotati per natura della capacità di parlare, ricordiamocelo esperienza scolastica- ed esprimere pensieri per iscritto, Faraday prende lezioni speciali per sviluppare le competenze necessarie. Sistematizza attentamente le sue esperienze in un taccuino ed esprime i suoi pensieri in una cerchia di amici e persone che la pensano allo stesso modo. Quando incontra Sir Humphrey, Davy ha acquisito notevoli capacità e chiede che il nuovo scienziato venga accettato nella posizione sopra menzionata. Faraday è felice, ma inizialmente c'era l'idea di affidare al futuro genio il compito di lavare i piatti...

Per volontà del destino, Michael è costretto ad ascoltare lezioni su vari argomenti. I professori avevano bisogno di aiuto solo periodicamente; altrimenti potevano stare in classe e ascoltare. Considerando quanto costa un'istruzione ad Harvard, questa è diventata una buona attività di svago. Dopo sei mesi di brillante lavoro (ottobre 1813), Davy invita Faraday a fare un viaggio in Europa, la guerra è finita, bisogna guardarsi intorno. Questa divenne una buona scuola per lo scopritore dell'induzione elettromagnetica.

Al ritorno in Inghilterra (1816), Faraday ricevette il titolo di assistente di laboratorio e pubblicò il suo primo lavoro sullo studio del calcare.

Ricerca sull'elettromagnetismo

Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica è l'induzione di una fem in un conduttore sotto l'influenza di un campo magnetico variabile. Oggi i dispositivi funzionano secondo questo principio, dai trasformatori ai piani cottura. Il primato sul campo fu assegnato a Hans Oersted, che il 21 aprile 1820 notò l'effetto di un circuito chiuso sull'ago di una bussola. Osservazioni simili furono pubblicate sotto forma di appunti da Giovanni Domenico Romagnosi nel 1802.

Il merito dello scienziato danese è che ha attratto molti eminenti scienziati alla causa. Si notò così che l'ago viene deviato da un conduttore percorso da corrente, e nell'autunno di quell'anno nacque il primo galvanometro. Il dispositivo di misurazione nel campo dell'elettricità è diventato di grande aiuto per molti. Lungo il percorso furono espressi vari punti di vista, in particolare Wollaston annunciò che sarebbe una buona idea far ruotare continuamente un conduttore percorso da corrente sotto l'influenza di un magnete. Negli anni '20 anni XIX Per secoli intorno a questo tema ha regnato l'euforia; prima di allora, il magnetismo e l'elettricità erano considerati fenomeni indipendenti.

Nell'autunno del 1821, l'idea fu realizzata da Michael Faraday. Si dice che allora sia nato il primo motore elettrico. Il 12 settembre 1821, in una lettera a Gaspard de la Rive, Faraday scrive:

“Ho scoperto che l’attrazione e la repulsione di un ago magnetico da parte di un filo percorso da corrente è un gioco da ragazzi. Una certa forza farà ruotare continuamente il magnete sotto l'influenza della corrente elettrica. Ho fatto calcoli teorici e sono riuscito a metterli in pratica.”

La lettera a de la Rive non è stata un incidente. Man mano che si sviluppava nel campo scientifico, Faraday guadagnò molti sostenitori e il suo unico nemico inconciliabile... Sir Humphrey Davy. L'apparato sperimentale è stato dichiarato un plagio dell'idea di Wollaston. Progettazione approssimativa:

1. La ciotola d'argento è piena di mercurio. Il metallo liquido ha una buona conduttività elettrica e funge da contatto mobile.
2. Sul fondo della ciotola si trova una torta di cera nella quale è inserita una barra magnetica con un polo. Il secondo sale sopra la superficie del mercurio.
3. Un filo collegato ad una sorgente pende da un'altezza. La sua estremità è immersa nel mercurio. Il secondo filo è vicino al bordo della ciotola.
4. Se si fa passare una corrente elettrica continua attraverso un circuito chiuso, il filo inizia a descrivere dei cerchi attorno al mercurio. Il centro di rotazione diventa un magnete permanente.

Il progetto è chiamato il primo motore elettrico al mondo. Ma l'effetto dell'induzione elettromagnetica non si è ancora manifestato. C'è un'interazione tra due campi, niente di più. Faraday, a proposito, non si è fermato e ha realizzato una ciotola in cui il filo è fermo e il magnete si muove (formando una superficie di rotazione - un cono). Ha dimostrato che non esiste alcuna differenza fondamentale tra le sorgenti di campo. Ecco perché l'induzione è chiamata elettromagnetica.

Faraday fu subito accusato di plagio e perseguitato per diversi mesi, di cui scrisse con amarezza ad amici fidati. Nel dicembre 1821 ebbe luogo una conversazione con Wollaston; sembrava che l'incidente fosse stato risolto, ma... poco dopo, un gruppo di scienziati riprese i suoi attacchi e Sir Humphrey Davy divenne il capo dell'opposizione. L'essenza delle principali lamentele era l'opposizione all'idea di accettare Faraday come membro della Royal Society. Ciò pesò molto sul futuro scopritore della legge dell'induzione elettromagnetica.

Scoperta della legge dell'induzione elettromagnetica

Per un certo periodo Faraday sembrò abbandonare l’idea della ricerca nel campo dell’elettricità. Sir Humphrey Davy è stato l'unico a lanciare la palla contro la candidatura di Michael. Forse l'ex studente non voleva turbare il mecenate, che allora era il presidente della società. Ma il pensiero dell'unità dei processi naturali mi tormentava costantemente: se l'elettricità potesse essere convertita in magnetismo, dovremmo cercare di fare il contrario.

Questa idea ebbe origine - secondo alcune fonti - nel 1822, e Faraday portava costantemente con sé un pezzo di minerale di ferro che gli somigliava, fungendo da “nodo della memoria”. Dal 1825, essendo membro a pieno titolo della Royal Society, Michael ricevette la carica di capo del laboratorio e apportò immediatamente innovazioni. Lo staff ora si riunisce una volta alla settimana per lezioni con dimostrazioni visive dei dispositivi. A poco a poco l'ingresso si apre, anche i bambini hanno l'opportunità di provare cose nuove. Questa tradizione segnò l'inizio dei famosi venerdì sera.

Per cinque interi anni Faraday studiò il vetro ottico, il gruppo non ottenne grandi successi, ma ci furono risultati pratici. Accaduto Evento chiave- finisce la vita di Humphrey Davy, che ha costantemente resistito agli esperimenti con l'elettricità. Faraday rifiutò l'offerta di un nuovo contratto quinquennale e iniziò ora una ricerca aperta che portò direttamente all'induzione magnetica. Secondo la letteratura la serie durò 10 giorni, distribuiti in modo disomogeneo tra il 29 agosto e il 4 novembre 1831. Faraday descrive la configurazione del suo laboratorio:

Da morbido (con forte proprietà magnetiche) In ferro tondo da 7/8" di diametro ho realizzato un anello con raggio esterno di 3". In effetti, si è rivelato un nucleo. I tre avvolgimenti primari erano separati l'uno dall'altro da un panno di cotone e da un cordone da sarto in modo che potessero essere uniti in uno solo o usati separatamente. Il filo di rame in ciascuno è lungo 24 piedi. La qualità dell'isolamento viene controllata utilizzando le batterie. L'avvolgimento secondario era costituito da due segmenti, ciascuno lungo 60 piedi, separati dal primario da una distanza.

Da una fonte (presumibilmente un elemento Wollaston), che consisteva di 10 piastre, ciascuna di 4 pollici quadrati di area, veniva fornita energia all'avvolgimento primario. Le estremità del secondario furono cortocircuitate con un pezzo di filo; l'ago della bussola fu posizionato lungo il circuito a tre piedi dall'anello. Quando la fonte di alimentazione fu chiusa, l'ago magnetizzato iniziò immediatamente a muoversi e dopo un intervallo tornò nella sua posizione originale. È ovvio che l'avvolgimento primario provoca una risposta nel secondario. Ora diremmo che il campo magnetico si propaga attraverso il nucleo e induce una forza elettromagnetica all'uscita del trasformatore.

2.7. SCOPERTA DELL'INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

Un grande contributo all'ingegneria elettrica moderna è stato dato dallo scienziato inglese Michael Faraday, i cui lavori, a loro volta, sono stati preparati da precedenti lavori sullo studio dei fenomeni elettrici e magnetici.

C'è qualcosa di simbolico nel fatto che nell'anno di nascita di M. Faraday (1791) fu pubblicato il trattato di Luigi Galvani con la prima descrizione di un nuovo fenomeno fisico: la corrente elettrica, e nell'anno della sua morte (1867) un “ dinamo” è stato inventato un generatore DC autoeccitante, cioè è apparsa una fonte di energia elettrica affidabile, economica e facile da usare. La vita del grande scienziato e il suo lavoro, unico nei suoi metodi, contenuti e significato, non solo si sono aperti nuovo capitolo fisici, ma giocò anche un ruolo decisivo nella nascita di nuovi rami della tecnologia: l'ingegneria elettrica e l'ingegneria radiofonica.

Per più di cento anni, molte generazioni di studenti hanno imparato dalle lezioni di fisica e da numerosi libri la storia della straordinaria vita di uno degli scienziati più famosi, membro di 68 società e accademie scientifiche. Di solito il nome di M. Faraday è associato alla scoperta più significativa e quindi più famosa: il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, da lui fatto nel 1831. Ma un anno prima, nel 1830, per la ricerca nel campo della chimica e dell'elettromagnetismo, M. Faraday fu eletto membro onorario dell'Accademia delle Scienze di Pietroburgo e membro della Royal Society di Londra (Accademia britannica delle scienze) fu eletto nel 1824. A partire dal 1816, quando il primo lavoro scientifico M. Faraday, dedicato all'analisi chimica della calce toscana, e nel 1831, quando iniziò a essere pubblicato il famoso diario scientifico “Ricerca sperimentale sull'elettricità”, M. Faraday pubblicò oltre 60 articoli scientifici.

Il grande duro lavoro, la sete di conoscenza, l'intelligenza innata e l'osservazione hanno permesso a M. Faraday di ottenere risultati eccezionali in tutte le aree della ricerca scientifica affrontate dallo scienziato. Il riconosciuto “re degli sperimentatori” amava ripetere: “L’arte dello sperimentatore è saper porre domande alla natura e comprenderne le risposte”.

Ogni studio di M. Faraday si distingueva per una tale accuratezza ed era così coerente con i risultati precedenti che tra i suoi contemporanei non c'erano quasi critici del suo lavoro.

Se escludiamo dalla considerazione la ricerca chimica di M. Faraday, che nel suo campo costituì anche un'epoca (basti ricordare gli esperimenti di liquefazione dei gas, la scoperta del benzene, del butilene), allora tutte le altre sue opere, a prima vista a volte sparsi, come tratti sulla tela di un artista, presi insieme, formano un quadro sorprendente di uno studio globale di due problemi: l'interconversione di varie forme di energia e il contenuto fisico dell'ambiente.

Riso. 2.11. Diagramma delle “rotazioni elettromagnetiche” (basato sul disegno di Faraday)

1, 2 - ciotole con mercurio; 3 - magnete mobile; 4 - magnete stazionario; 5, 6 - fili diretti alla batteria di celle galvaniche; 7 - asta di rame; 8 - conduttore fisso; 9 - conduttore mobile

Il lavoro di M. Faraday nel campo dell'elettricità è iniziato con lo studio delle cosiddette rotazioni elettromagnetiche. Da una serie di esperimenti di Oersted, Arago, Ampere, Biot, Savart, effettuati nel 1820, si seppe non solo dell'elettromagnetismo, ma anche dell'unicità delle interazioni tra corrente e magnete: qui, come già notato, le forze centrali agivano non familiari alla meccanica classica e altre forze cercavano di stabilire l'ago magnetico perpendicolare al conduttore. M. Faraday ha posto la domanda: il magnete tende a muoversi continuamente attorno al conduttore come se fosse uno scarico? L'esperimento ha confermato l'ipotesi. Nel 1821, M. Faraday descrisse un dispositivo fisico, presentato schematicamente in Fig. 2.11. Nel recipiente sinistro con il mercurio c'era una barra magnetica permanente, incernierata sul fondo. Quando la corrente veniva accesa, la sua parte superiore ruotava attorno a un conduttore stazionario. Nel vaso destro, l'asta magnetica era immobile e il conduttore portatore di corrente, sospeso liberamente su una staffa, scivolava lungo il mercurio, ruotando attorno al polo del magnete. Poiché in questo esperimento venne presentato per la prima volta un dispositivo magnetoelettrico a movimento continuo, è del tutto legittimo iniziare con questo dispositivo la storia delle macchine elettriche in generale e del motore elettrico in particolare. Prestiamo attenzione anche al contatto al mercurio, che successivamente trovò applicazione nell'elettromeccanica.

Fu da questo momento, a quanto pare, che M. Faraday iniziò a sviluppare idee sull'universale "interconvertibilità delle forze". Avendo ottenuto, utilizzando l'elettromagnetismo, un continuo movimento meccanico, si pone il compito di invertire il fenomeno o, nella terminologia di M. Faraday, convertire il magnetismo in elettricità.

Solo l'assoluta convinzione nella validità dell'ipotesi di “interconvertibilità” può spiegare la determinazione e la perseveranza, migliaia di esperimenti e 10 anni di duro lavoro spesi per risolvere il problema formulato. Nell'agosto 1831 fu effettuato un esperimento decisivo e il 24 novembre, in una riunione alla Royal Society, fu delineata l'essenza del fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

Riso. 2.12. Illustrazione dell'esperimento di Arago ("magnetismo di rotazione")

1 - disco conduttivo non magnetico; 2 - base in vetro per il montaggio dell'asse del disco

Come esempio che caratterizza il pensiero dello scienziato e la formazione delle sue idee sul campo elettromagnetico, consideriamo lo studio di M. Faraday del fenomeno che allora veniva chiamato “magnetismo rotazionale”. Molti anni prima del lavoro di M. Faraday, i navigatori notarono l'effetto frenante del corpo della bussola in rame sulle oscillazioni dell'ago magnetico. Nel 1824 D.F. Arago (vedi § 2.5) descrisse il fenomeno del “magnetismo di rotazione”, che né lui né altri fisici riuscirono a spiegare in modo soddisfacente. L'essenza del fenomeno era la seguente (Fig. 2.12). Un magnete a ferro di cavallo poteva ruotare attorno ad un asse verticale, e sopra i suoi poli c'era un disco di alluminio o rame, che poteva anche ruotare attorno ad un asse, il cui senso di rotazione coincideva con il senso di rotazione dell'asse del magnete. A riposo non sono state osservate interazioni tra il disco e il magnete. Ma non appena il magnete ha iniziato a ruotare, il disco gli è corso dietro e viceversa. Per eliminare la possibilità che il disco venisse trascinato da correnti d'aria, il magnete e il disco furono separati da un vetro.

La scoperta dell'induzione elettromagnetica aiutò M. Faraday a spiegare il fenomeno di D.F. Arago e proprio all’inizio dello studio scrivono: “Speravo di creare una nuova fonte di elettricità dall’esperienza del signor Arago”.

Quasi contemporaneamente a M. Faraday, l'eccezionale fisico americano Joseph Henry (1797–1878) osservò l'induzione elettromagnetica. Non è difficile immaginare le esperienze dello scienziato, futuro presidente dell'American National Academy of Sciences, quando, in procinto di pubblicare le sue osservazioni, venne a conoscenza della pubblicazione di M. Faraday. Un anno dopo, D. Henry scoprì il fenomeno dell'autoinduzione e dell'extracorrente e stabilì anche la dipendenza dell'induttanza del circuito dalle proprietà del materiale e dalla configurazione dei nuclei della bobina. Nel 1838, D. Henry studiò "correnti ordine superiore", cioè. correnti indotte da altre correnti indotte. Nel 1842, la continuazione di questi studi portò D. Henry alla scoperta della natura oscillatoria della scarica del condensatore (più tardi, nel 1847, questa scoperta fu ripetuta dall'eccezionale fisico tedesco Hermann Helmholtz) (1821–1894).

Passiamo ai principali esperimenti di M. Faraday. La prima serie di esperimenti si è conclusa con un esperimento che ha dimostrato il fenomeno dell'induzione “voltaico-elettrica” (nella terminologia di M. Faraday) (Fig. 2.13, UN- G). Avendo rilevato la presenza di corrente nel circuito secondario 2 quando si chiude o si apre il primario 1 oppure durante il movimento reciproco dei circuiti primario e secondario (Fig. 2.13, V), M. Faraday ha organizzato un esperimento per determinare le proprietà della corrente indotta: all'interno della spirale B, compreso nel circuito secondario è stato posizionato uno spillo in acciaio 7 (Fig. 2.13, B), magnetizzato da una corrente indotta. Il risultato ha indicato che la corrente indotta era simile alla corrente ottenuta direttamente da una batteria galvanica 3.

Riso. 2.13. Schemi dei principali esperimenti che portarono alla scoperta dell'induzione elettromagnetica

Sostituzione del tamburo in legno o cartone 4, su cui gli avvolgimenti primari e secondari erano avvolti con un anello d'acciaio (Fig. 2.13, d), M. Faraday scoprì una deflessione più intensa dell'ago del galvanometro 5. Questa esperienza ha indicato il ruolo significativo dell'ambiente nei processi elettromagnetici. Qui M. Faraday utilizza per la prima volta un dispositivo che può essere definito un prototipo di trasformatore.

La seconda serie di esperimenti ha illustrato il fenomeno dell'induzione elettromagnetica che si verificava in assenza di una sorgente di tensione nel circuito primario. Basandosi sul fatto che una bobina percorsa da corrente è identica a un magnete, M. Faraday ha sostituito la sorgente di tensione con due magneti permanenti (Fig. 2.13, D) e osservò la corrente nell'avvolgimento secondario quando il circuito magnetico si chiudeva e si apriva. Chiamò questo fenomeno “induzione magnetoelettrica”; Successivamente notò che non esiste alcuna differenza fondamentale tra l'induzione “voltaico-elettrica” e quella “magnetoelettrica”. Successivamente entrambi questi fenomeni furono uniti dal termine “induzione elettromagnetica”. Negli esperimenti finali (Fig. 2.13, per esempio)è stata dimostrata la comparsa di una corrente indotta quando un magnete permanente o una bobina che trasporta corrente si muove all'interno di un solenoide. Fu questo esperimento a dimostrare più chiaramente la possibilità di convertire il “magnetismo in elettricità” o, più precisamente, l’energia meccanica in energia elettrica.

Sulla base di nuove idee, M. Faraday ha spiegato il lato fisico dell'esperimento con il disco di D.F. Arago. In breve il corso del suo ragionamento può essere riassunto come segue. Un disco di alluminio (o qualsiasi altro disco conduttivo ma non magnetico) può essere pensato come una ruota con infinito un largo numero raggi - conduttori radiali. A moto relativo magnete e disco, questi raggi-conduttori “tagliano le curve magnetiche” (terminologia di Faraday) e nei conduttori si forma una corrente indotta. L'interazione della corrente con un magnete era già nota. Nell’interpretazione di M. Faraday, la terminologia e il metodo per spiegare il fenomeno attirano l’attenzione. Per determinare la direzione della corrente indotta introduce la regola di un coltello che taglia le linee di forza. Questa non è ancora la legge di E.H. Lenz, che si caratterizza per l'universalità delle caratteristiche del fenomeno, ma tenta di volta in volta soltanto, attraverso descrizioni dettagliate, di stabilire se la corrente scorrerà dal manico alla punta della lama o viceversa. Ma qui è importante il quadro fondamentale: M. Faraday, a differenza dei sostenitori della teoria dell'azione a lungo raggio, riempie lo spazio in cui agiscono varie forze, ambiente materiale, etere, sviluppando la teoria eterea di L. Euler, che, a sua volta, fu influenzato dalle idee di M.V. Lomonosov.

M. Faraday diede realtà fisica al campo magnetico, e poi nello studio dei dielettrici e delle linee elettriche di forza, li dotò della proprietà di elasticità e trovò spiegazioni molto plausibili per un'ampia varietà di fenomeni elettrici fenomeni magnetici, utilizzando l'idea di queste linee elastiche, simili a fili di gomma.

È passato più di un secolo e mezzo e non abbiamo ancora trovato un modo e uno schema più visivi per spiegare i fenomeni associati all'induzione e alle azioni elettromeccaniche rispetto al famoso concetto delle linee di Faraday, che fino ad oggi ci sembrano tangibili.

Dal disco di D.F. Arago M. Faraday ha effettivamente creato una nuova fonte di elettricità. Avendo costretto un disco di alluminio o rame a ruotare tra i poli del magnete, M. Faraday ha posizionato delle spazzole sull'asse del disco e sulla sua periferia.

In questo modo fu progettata una macchina elettrica, che in seguito ricevette il nome di generatore unipolare.

Analizzando le opere di M. Faraday, emerge chiaramente l'idea generale sviluppata dal grande scienziato durante la sua vita creativa. Leggendo M. Faraday, è difficile liberarsi dell'impressione che si occupasse di un solo problema di interconversione di varie forme di energia, e che tutte le sue scoperte siano state fatte casualmente e siano servite solo per illustrare l'idea principale. Esplora vari tipi di elettricità (animale, galvanica, magnetica, termoelettricità) e, dimostrandone l'identità qualitativa, scopre la legge dell'elettrolisi. Allo stesso tempo, l'elettrolisi, come la contrazione dei muscoli di una rana sezionata, inizialmente serviva solo come prova che tutti i tipi di elettricità si manifestano nelle stesse azioni.

La ricerca sull'elettricità statica e il fenomeno dell'induzione elettrostatica hanno portato M. Faraday alla formazione di idee sui dielettrici, alla rottura definitiva con la teoria dell'azione a lungo raggio, a notevoli studi sulla scarica nei gas (la scoperta dello spazio oscuro di Faraday) . Ulteriori ricerche sull'interazione e l'interconversione delle forze lo portarono alla scoperta della rotazione magnetica del piano di polarizzazione della luce, alla scoperta del diamagnetismo e del paramagnetismo. La convinzione dell'universalità delle trasformazioni reciproche ha costretto M. Faraday a dedicarsi anche allo studio della connessione tra magnetismo ed elettricità, da un lato, e gravità, dall'altro. È vero, gli ingegnosi esperimenti di Faraday non hanno dato un risultato positivo, ma ciò non ha scosso la sua fiducia nell'esistenza di una connessione tra questi fenomeni.

I biografi di M. Faraday amano sottolineare il fatto che M. Faraday ha evitato di usare la matematica, che non esiste una sola formula matematica nelle molte centinaia di pagine dei suoi Studi sperimentali sull'elettricità. A questo proposito, è opportuno citare l'affermazione del connazionale di M. Faraday, il grande fisico James Clark Maxwell (1831–1879): “Avendo iniziato a studiare il lavoro di Faraday, ho scoperto che anche il suo metodo di comprensione dei fenomeni era matematico, sebbene non presentati sotto forma di simboli matematici ordinari. Ho anche scoperto che questo metodo potrebbe essere espresso in forma matematica ordinaria e quindi essere paragonato ai metodi dei matematici professionisti."

La “natura matematica” del pensiero di Faraday può essere illustrata dalle sue leggi dell’elettrolisi o, ad esempio, dalla formulazione della legge dell’induzione elettromagnetica: la quantità di elettricità messa in movimento è direttamente proporzionale al numero di linee di forza attraversate. Basta immaginare l'ultima formulazione sotto forma di simboli matematici, e otteniamo subito una formula da cui segue molto rapidamente il famoso d?/dt, dove? - collegamento del flusso magnetico.

D.K. Maxwell, nato nell'anno della scoperta del fenomeno dell'induzione elettromagnetica, valutò molto modestamente i suoi servizi alla scienza, sottolineando di aver sviluppato e messo in forma matematica solo le idee di M. Faraday. La teoria del campo elettromagnetico di Maxwell fu apprezzata dagli scienziati tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo, quando l'ingegneria radiofonica iniziò a svilupparsi sulla base delle idee di Faraday e Maxwell.

A caratterizzare l'intuizione di M. Faraday, la sua capacità di penetrare nelle profondità più complesse fenomeni fisiciÈ importante ricordare che già nel 1832 un brillante scienziato si azzardò a suggerire che i processi elettromagnetici siano di natura ondulatoria, con oscillazioni magnetiche e induzione elettrica che si propagano a una velocità finita.

Alla fine del 1938, negli archivi della Royal Society di Londra fu scoperta una lettera sigillata di M. Faraday, datata 12 marzo 1832. Rimase nell'oscurità per più di 100 anni e conteneva le seguenti righe:

“Alcuni risultati di ricerca... mi hanno portato alla conclusione che la propagazione dell’influenza magnetica richiede tempo, cioè Quando un magnete agisce su un altro magnete distante o su un pezzo di ferro, la causa influenzante (che mi permetto di chiamare magnetismo) si diffonde gradualmente dai corpi magnetici e richiede un certo tempo per la sua propagazione, che, ovviamente, risulterà essere molto insignificante.

Credo anche che l'induzione elettrica viaggi esattamente allo stesso modo. Credo che la propagazione delle forze magnetiche dal polo magnetico sia simile alle vibrazioni di una superficie d'acqua disturbata o alle vibrazioni sonore delle particelle d'aria, cioè Intendo applicare la teoria delle oscillazioni ai fenomeni magnetici, come si fa per il suono, ed è la spiegazione più probabile dei fenomeni luminosi.

Per analogia credo sia possibile applicare la teoria delle oscillazioni alla propagazione dell'induzione elettrica. Voglio verificare queste opinioni sperimentalmente, ma poiché il mio tempo è occupato da compiti ufficiali, che potrebbero prolungare gli esperimenti... Voglio, trasferendo questa lettera per custodia alla Royal Society, assegnare a me stesso la scoperta una certa data...".

Poiché queste idee di M. Faraday sono rimaste sconosciute, non c'è motivo di rifiutare il suo grande connazionale D.K. Maxwell nella scoperta di queste stesse idee, alle quali diede una rigorosa forma fisico-matematica e un significato fondamentale.

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