Până acum, am luat în considerare câmpurile electrice și magnetice care nu se modifică în timp. S-a constatat că câmpul electric este creat de sarcini electrice, iar câmpul magnetic - prin sarcini în mișcare, adică de curent electric. Să trecem la familiarizarea cu câmpurile electrice și magnetice, care se schimbă în timp.

Cel mai important fapt care a fost descoperit este cea mai strânsă relație dintre câmpurile electrice și magnetice. Un câmp magnetic variabil în timp generează un câmp electric, iar un câmp electric în schimbare generează un câmp magnetic. Fără această conexiune între câmpuri, varietatea manifestărilor forțelor electromagnetice nu ar fi atât de extinsă pe cât este în realitate. Nu ar exista unde radio sau lumină.

Nu este o coincidență că primul pas decisiv 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. Datorită acestui fapt, a făcut o descoperire, care a stat mai târziu la baza proiectării generatoarelor tuturor centralelor electrice din lume, transformând energia mecanică în energie de curent electric. (Alte surse: celule galvanice, baterii etc. - asigură o pondere neglijabilă din energia generată.)

Curentul electric, a argumentat Faraday, este capabil să magnetizeze o bucată de fier. Ar putea un magnet la rândul său să provoace un curent electric?

Multă vreme, această conexiune nu a putut fi găsită. A fost greu să ne gândim la principalul lucru, și anume: doar un magnet în mișcare sau un câmp magnetic care se schimbă în timp poate excita un curent electric în bobină.

Ce fel de accidente ar putea împiedica descoperirea, arată următorul fapt. Aproape simultan cu Faraday, fizicianul elvețian Colladon încerca să obțină un curent electric într-o bobină folosind un magnet. Când lucra, a folosit un galvanometru, al cărui ac magnetic ușor a fost plasat în interiorul bobinei dispozitivului. Pentru a împiedica magnetul să exercite o influență directă asupra acului, capetele bobinei, în care Colladon a împins magnetul, în speranța că va intra în el un curent, au fost conduse în camera alăturată și conectate acolo la galvanometru. După ce a introdus magnetul în bobină, Colladon a intrat în camera alăturată și, cu regret,

asigurați-vă că galvanometrul nu indică curent. Dacă ar fi urmărit tot timpul galvanometrul și ar fi cerut pe cineva să lucreze la magnet, s-ar fi făcut o descoperire remarcabilă. Dar acest lucru nu s-a întâmplat. Un magnet în repaus în raport cu o bobină nu provoacă curent în ea.

Fenomenul de inducție electromagnetică constă în apariția unui curent electric într-un circuit conductor, care fie se odihnește într-un câmp magnetic care se modifică în timp, fie se mișcă într-un câmp magnetic constant în așa fel încât numărul liniilor de inducție magnetică care pătrund în modificări de circuit. A fost descoperit pe 29 august 1831. Este un caz rar când data unei noi descoperiri remarcabile este cunoscută atât de precis. Iată o descriere a primului experiment dat de Faraday însuși:

„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 o acțiune bruscă, dar extrem de slabă asupra galvanometrului, iar același lucru a fost observat când curentul s-a oprit. Odată cu trecerea continuă a curentului printr-una dintre bobine, nu a fost posibil să se constate niciun efect asupra galvanometrului sau, în general, vreun efect inductiv asupra celeilalte bobine, în ciuda faptului că încălzirea întregii bobine conectate la baterie, și strălucirea scânteii care sări între cărbuni, mărturisește puterea bateriei „(Faraday M. „Cercetări experimentale asupra electricității”, seria I).

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 între ele.

relativ la un prieten. 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 introducerii (sau retragerii) magnetului. În decurs de o lună, Faraday a descoperit experimental toate trăsăturile esențiale ale fenomenului de inducție electromagnetică.

În prezent, experimentele lui Faraday pot fi repetate de oricine. Pentru a face acest lucru, trebuie să aveți două bobine, un magnet, o baterie de elemente și un galvanometru suficient de sensibil.

În instalația prezentată în figura 238, în una dintre bobine apare un curent de inducție atunci când circuitul electric al celeilalte bobine, care este staționar față de prima, este închis sau deschis. În instalația din Figura 239, un reostat modifică curentul într-una dintre bobine. În Figura 240, a, curentul de inducție apare atunci când bobinele se mișcă una față de alta, iar în Figura 240, b - când magnetul permanent se mișcă în raport cu bobina.

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 zona delimitată de acest circuit. Și cu cât numărul de linii de inducție magnetică se modifică mai repede, cu atât este mai mare curentul de inducție 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 pătrund în zona unui circuit conductor fix datorită unei modificări a puterii curentului într-o bobină adiacentă (Fig. 238) și o modificare a numărului de linii de inducție datorită mișcării circuitului într-un câmp magnetic neomogen, a cărui densitate a liniilor variază în spațiu (Fig. 241).

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 măcar 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 obiectiv „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 apărut atunci când contactul cu bateria a fost deschis. Așa a descris Faraday prima sa experiență de inducere a curenților. El a numit acest tip de inducție 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 una de cealaltă... ocupând aproximativ nouă inci pe lungimea 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 din nou a deviat puternic, dar în sens opus celui indus în primul caz.

Faraday a investigat în continuare influența 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 inducția magnetoelectrică”. Ca rezultat al cercetărilor sale, Faraday a stabilit 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 s-a dovedit a fi o entitate unică, dar polară.

Foarte importantă este seria a cincea din „Investigațiile” lui Faraday, începută la 18 iunie 1833. Aici Faraday își începe investigațiile despre 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 ferm menținuți 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 ne aflăm în legătură cu electricitatea, nici măcar nu sunt capabili să spună dacă este o materie sau chestiuni speciale, sau pur și simplu mișcarea materiei obișnuite, sau o altă formă a unui fel de forță sau agent; cu toate acestea, există un număr imens de fapte care ne fac să credem că atomii materiei sunt într-un fel înzestrate sau conectate 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, a structurii atomice a electricității și a atomului 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, totuși, 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 cea de-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). terminologie). Acest proces este determinat de proprietățile mediului, „inductanța” acestuia, în terminologia lui Faraday sau „permitivitatea” în terminologia modernă. Experiența lui Faraday cu un condensator sferic a determinat permisivitatea unui număr de substanțe în raport cu aerul. 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 apropierea 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 direcția opusă; se presupune că conductorul în repaus nu se poate deplasa decât în ​​sensul mișcării 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 folosind o busolă tangentă - un dispozitiv inventat de profesorul de la Helsingfort Johann Nerwander (1805-1848), iar în prima parte a mesajului său studiază acest dispozitiv. În partea a doua a „Degajarea căldurii în fire”, raportată la 11 august 1843, ajunge la celebra sa lege:

"
1. Încălzirea firului prin curent galvanic este proporțională cu rezistența firului.
2. 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 Franklin. - P. K.) ca un singur transfer al unui fluid fără greutate de la o placă la alta; fenomenul descoperit ne face să admitem existența principalului descărcare într-o direcție și 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 său 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 o claritate deplină. În același timp, formula Thomson a fost testată experimental. Astfel, pas cu pas, doctrina a fluctuații electrice, constituind fundamentul științific al ingineriei electrice a curenților alternativi și a ingineriei radio.

Istoria descoperirii inducției electromagnetice. Descoperirile lui Hans Christian Oersted și André Marie Ampère au arătat că electricitatea are o forță magnetică. Influența fenomenelor magnetice asupra fenomenelor electrice a fost descoperită de Michael Faraday. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () „Transformă magnetismul în electricitate”, a scris el în jurnalul său în 1822. Fizician englez, fondator al teoriei câmpului electromagnetic, membru de onoare străin al Academiei de Științe din Sankt Petersburg (1830).

Descrierea experimentelor de Michael Faraday Două fire de cupru sunt înfăşurate pe un bloc de lemn. Unul dintre fire era conectat la un galvanometru, celălalt la o baterie puternică. Când circuitul a fost închis, s-a observat o acțiune bruscă, dar extrem de slabă asupra galvanometrului, și aceeași acțiune s-a observat la oprirea curentului. Odată cu trecerea continuă a curentului printr-una dintre spirale, nu a fost posibilă detectarea abaterilor acului galvanometrului

Descrierea experimentelor lui Michael Faraday Un alt experiment a constat în înregistrarea supratensiunilor de curent la capetele unei bobine, în interiorul căreia a fost introdus un magnet permanent. Faraday a numit astfel de explozii „valuri de electricitate”

EMF de inducție EMF de inducție, care provoacă explozii de curent („valuri de electricitate”), nu depinde de mărimea fluxului magnetic, ci de rata de schimbare a acestuia.

1. Determinați direcția liniilor de inducție ale câmpului extern B (ele părăsesc N și intră în S). 2. Determinați dacă fluxul magnetic prin circuit crește sau scade (dacă magnetul este împins în inel, atunci Ф> 0, dacă este scos, atunci Ф 0, dacă este scos, atunci Ф 0, dacă este este scos, apoi Ф 0, dacă este scos, atunci Ф 0 , dacă este extins, atunci Ф
3. Determinați direcția liniilor de inducție a câmpului magnetic B creat de curentul de inducție (dacă F>0, atunci liniile B și B sunt direcționate în direcții opuse; dacă F 0, atunci liniile B și B sunt direcționate în direcții opuse; dacă F 0, atunci liniile B și B sunt îndreptate în direcții opuse; dacă Ф 0, atunci liniile B și B sunt direcționate în direcții opuse; dacă Ф 0, atunci liniile B și B sunt îndreptate în direcții opuse; dacă Ф

Întrebări Formulați legea inducției electromagnetice. Cine este fondatorul acestei legi? Ce este curentul indus și cum să-i determinăm direcția? Ce determină mărimea EMF de inducție? Principiul de funcționare al căror dispozitive electrice se bazează pe legea inducției electromagnetice?

Legea inducției electromagnetice este o formulă care explică formarea EMF într-un circuit conductor închis cu modificări ale intensității câmpului magnetic. Postulatul explică funcționarea transformatoarelor, bobinelor și a altor produse care asigură dezvoltarea tehnologiei în prezent.

Istoria lui Michael Faraday

Michael Faraday a fost luat de la școală împreună cu fratele său mai mare, motivul fiind un impediment de vorbire. Descoperitorul inducției electromagnetice a bavurat, enervând profesorul. Ea a dat bani pentru a cumpăra un băț și a biciui un potențial client al unui logoped. Și fratele mai mare al lui Michael.

Viitorul luminator al științei a fost cu adevărat favoritul sorții. De-a lungul vieții, el, cu perseverența cuvenită, a găsit ajutor. Fratele a returnat moneda cu dispreț, raportând incidentul mamei sale. Familia nu a fost considerată bogată, iar tatăl, un meșter talentat, s-a chinuit să-și facă rost. Frații au început să-și caute devreme de lucru: familia trăia din pomană din 1801, la vremea aceea Mihai avea al zecelea an.

De la vârsta de treisprezece ani, Faraday a intrat în librărie ca vânzător ambulant de ziare. Peste oraș, abia reușește să ajungă la adrese de la capetele opuse ale Londrei. Din motive de diligență, proprietarul Ribot îi acordă lui Faraday un loc de ucenic legator timp de șapte ani gratuit. În cele mai vechi timpuri, omul de pe stradă plătea maestrului pentru procesul de dobândire a unui meșteșug. La fel ca Georg Ohm, priceperea unui mecanic, Faraday, în viitor, procesul de legare a cărților a venit la îndemână din plin. Un rol important l-a jucat faptul că Michael a citit cu scrupulozitate cărțile care intră în opera sa.

Faraday scrie că a crezut la fel de binevoitor în tratatul doamnei Marcet (Conversații despre chimie) și în poveștile celor o mie și una de nopți. Dorința de a deveni om de știință a jucat un rol important în această chestiune. Faraday alege două direcții: electricitate și chimie. În primul caz, principala sursă de cunoștințe este Encyclopædia Britannica. O minte curioasă necesită confirmarea a ceea ce s-a scris, tânărul legator testează constant cunoștințele în practică. Faraday devine un experimentator experimentat, care va juca un rol principal în studiul inducției electromagnetice.

Amintiți-vă că vorbim despre un student fără venituri proprii. Fratele mai mare și tatăl au făcut tot posibilul să ajute. De la reactivi chimici la asamblarea unui generator electrostatic, experimentele necesită o sursă de energie. În același timp, Faraday reușește să participe la cursuri plătite de științe naturale și introduce cu scrupulozitate cunoștințele într-un caiet. Apoi leagă notele, folosind abilitățile dobândite. Termenul de ucenicie se încheie în 1812, Faraday începe să-și caute de lucru. Noul proprietar nu este atât de îngăduitor și, în ciuda perspectivei de a deveni moștenitorul afacerii, Michael este pe cale să descopere inducția electromagnetică.

Calea științifică a lui Faraday

În 1813, soarta îi zâmbește omului de știință care a dat lumii o idee despre inducția electromagnetică: reușește să ajungă în funcția de secretar al lui Sir Humphry Davy, o scurtă perioadă de cunoștință în viitor va juca un rol. Faraday nu mai poate suporta îndatoririle de legător, îi scrie o scrisoare lui Joseph Banks, pe atunci președinte al Societății Regale. Faptul va spune despre natura activităților organizației: Faraday a primit o funcție numită senior servitor: ajută lectorii, șterge praful de pe echipamente, monitorizează transportul. Joseph Banks ignoră mesajul, Michael nu se pierde inima și îi scrie lui Davy. La urma urmei, nu există alte organizații științifice în Anglia!

Davy tratează cu mare atenție, pentru că îl cunoaște personal pe Michael. Nefiind dotat de natură cu capacitatea de a vorbi - amintiți-vă experiența școlară - și de a exprima gândurile în scris, Faraday ia lecții speciale pentru a-și dezvolta abilitățile necesare. El își sistematizează cu atenție experimentele într-un caiet și își exprimă gândurile într-un cerc de prieteni și oameni cu gânduri asemănătoare. Când l-a cunoscut pe Sir Humphry Davy, a dobândit o abilitate remarcabilă, a cerut admiterea unui nou om de știință în funcția de mai sus. Faraday este fericit, dar inițial a fost ideea de a numi un viitor geniu să spele vase...

Prin voința sorții, Michael este nevoit să asculte prelegeri pe diverse teme. Ajutorul profesorilor era necesar doar periodic, altfel era permis să fie în public și să asculte. Având în vedere cât costă o educație la Harvard, aceasta a devenit o bună distracție. După șase luni de muncă genială (octombrie 1813), Davy îl invită pe Faraday într-o călătorie în Europa, războiul s-a terminat, trebuie să te uiți în jur. Aceasta a devenit o școală bună pentru descoperitorul inducției electromagnetice.

La întoarcerea sa în Anglia (1816), Faraday a primit titlul de asistent de laborator și a publicat prima lucrare despre studiul calcarului.

Cercetarea electromagnetismului

Fenomenul de inducție electromagnetică constă în inducerea unui EMF într-un conductor sub influența unui câmp magnetic în schimbare. Astăzi, electrocasnicele funcționează pe acest principiu, începând cu transformatoare și terminând cu plitele. Campionatul în teren i-a fost dat lui Hans Oersted, care la 21 aprilie 1820 a observat efectul unui circuit închis asupra acului busolei. Observații similare au fost publicate sub formă de note de Giovanni Domenico Romagnosi în 1802.

Meritul omului de știință danez în implicarea multor oameni de știință de seamă în acest caz. Așadar, s-a observat că săgeata este deviată de un conductor care poartă curent, iar în toamna anului menționat s-a născut primul galvanometru. Aparatul de măsurat în domeniul energiei electrice a devenit de mare ajutor pentru mulți. Pe parcurs, au fost exprimate diverse puncte de vedere, în special, Wollaston a anunțat că nu este rău să faci un conductor purtător de curent să se rotească continuu sub influența unui magnet. În anii 20 ai secolului al XIX-lea, euforia domnea în jurul acestei probleme; înainte de aceasta, magnetismul și electricitatea erau considerate fenomene independente.

În toamna anului 1821, ideea a fost adusă la viață de Michael Faraday. Se spune că atunci s-a născut primul motor electric. La 12 septembrie 1821, într-o scrisoare către Gaspard de la Rive, Faraday scrie:

„Am aflat că atracția și respingerea unui ac magnetic de către un fir care transportă curent este o joacă de copii. O anumită forță va roti continuu magnetul sub influența unui curent electric. Am construit calcule teoretice și am reușit să le implementez în practică.

Scrisoarea către de la Rive nu a fost întâmplătoare. Pe măsură ce a devenit în domeniul științific, Faraday a câștigat mulți susținători și singurul adversar implacabil... Sir Humphrey Davy. Configurația experimentală a fost declarată un plagiat al ideii lui Wollaston. Exemplu de design:

1. Vasul de argint este umplut cu mercur. Metalul lichid are o conductivitate electrică bună și servește ca contact în mișcare.
2. În partea de jos a vasului este o prăjitură de ceară, unde un magnet de bară este înfipt cu un stâlp. Al doilea se ridică deasupra suprafeței mercurului.
3. Un fir conectat la o sursă atârnă de la înălțime. Capătul său este scufundat în mercur. Al doilea fir este aproape de marginea vasului.
4. Dacă un curent electric constant trece printr-un circuit închis, firul începe să descrie cercuri în mercur. Magnetul permanent devine centrul de rotație.

Designul este numit primul motor electric din lume. Dar efectul inducției electromagnetice nu este încă manifestat. Există o interacțiune a două câmpuri, nu mai mult. Faraday, apropo, nu s-a oprit și a făcut un vas unde firul este staționar, iar magnetul se mișcă (formând o suprafață de revoluție - un con). S-a dovedit că nu există o diferență fundamentală între sursele domeniului. De aceea, inducția se numește electromagnetică.

Faraday a fost acuzat imediat de plagiat și urmărit timp de câteva luni, despre care a scris cu amărăciune prietenilor de încredere. În decembrie 1821, a avut loc o conversație cu Wollaston, părea că incidentul a fost soluționat, dar... puțin mai târziu, un grup de oameni de știință și-a reluat atacurile, Sir Humphry Davy a devenit șeful opoziției. Sensul principalelor revendicări a fost să se opună ideii de a-l accepta pe Faraday ca membru al Societății Regale. Acest lucru a cântărit foarte mult pe viitorul descoperitor al legii inducției electromagnetice.

Descoperirea legii inducției electromagnetice

Deocamdată, Faraday părea să fi abandonat ideea cercetării în domeniul electricității. Sir Humphrey Davy a fost singurul care a aruncat mingea împotriva candidaturii lui Michael. Poate că fostul elev nu a vrut să-l supere pe patron, care era la acea vreme președintele societății. Dar gândul la unitatea proceselor naturale a fost în mod constant chinuit: dacă electricitatea ar putea fi transformată în magnetism, ar trebui să încercăm să facem invers.

Această idee și-a luat naștere – conform unor surse – în 1822, iar Faraday a purtat constant cu el o bucată de minereu de fier, asemănătoare, servind drept „nod pentru memorie”. Din 1825, fiind membru cu drepturi depline al Societății Regale, Michael a primit funcția de șef al laboratorului și a făcut imediat inovații. Personalul se adună acum o dată pe săptămână pentru prelegeri cu demonstrații vizuale ale instrumentelor. Treptat, intrarea devine deschisă, chiar și copiii au ocazia să încerce lucruri noi. Această tradiție a marcat începutul celebrelor seri de vineri.

Timp de cinci ani întregi, Faraday a fost angajat în sticla optică, grupul nu a obținut un mare succes, dar au existat rezultate practice. Un eveniment cheie a avut loc - viața lui Humphry Davy, care s-a opus constant experimentelor cu electricitatea, se încheie. Faraday refuză o ofertă pentru un nou contract de cinci ani și începe acum cercetarea deschisă care duce direct la inducția magnetică. Conform literaturii de specialitate, seria a durat 10 zile, împrăștiate neuniform între 29 august și 4 noiembrie 1831. Faraday descrie propria sa configurație de laborator:

Din fier rotund moale (puternic magnetic), de 7/8 inch in diametru, am realizat un inel cu o raza exterioara de 3 inch. De fapt, miezul sa dovedit. Trei înfășurări primare au fost separate una de cealaltă prin țesătură de bumbac și un șnur de croitor, astfel încât să poată fi combinate într-una sau utilizate separat. Fiecare fir de cupru are 24 de picioare lungime. Calitatea izolației a fost testată folosind baterii. Înfășurarea secundară a constat din două segmente, fiecare lung de 60 de picioare, separate de primar printr-o distanță.

Dintr-o sursă (probabil un element Wollaston), care includea 10 plăci, fiecare cu o suprafață de 4 inci pătrați, înfășurarea primară a fost alimentată cu energie. Capetele secundarului au fost scurtate cu o bucată de sârmă, iar un ac de busolă a fost plasat de-a lungul lanțului la trei picioare de inel. Când sursa de alimentare a fost închisă, acul magnetizat s-a pus imediat în mișcare și, după un interval, a revenit la locul inițial. Este evident că înfășurarea primară provoacă un răspuns în secundar. Acum ei ar spune că câmpul magnetic se propagă de-a lungul miezului și induce un EMF la ieșirea transformatorului.

2.7. DESCOPERIREA FENOMENULUI INDUCȚIEI ELECTROMAGNETICE

O mare contribuție la ingineria electrică modernă a avut-o omul de știință englez Michael Faraday, ale cărui lucrări, la rândul lor, au fost pregătite prin lucrări anterioare privind studiul fenomenelor electrice și magnetice.

Există ceva simbolic în faptul că în anul nașterii lui M. Faraday (1791) a fost publicat un tratat de Luigi Galvani cu prima descriere a unui nou fenomen fizic - curentul electric, iar în anul morții sale (1867) un „Dinamo” a fost inventat - un generator de curent continuu auto-excitat, adică. a apărut o sursă de energie electrică fiabilă, economică și ușor de utilizat. Viața marelui om de știință și activitatea sa, unică prin metode, conținut și semnificație, nu numai că au deschis un nou capitol în fizică, dar au jucat și un rol decisiv în nașterea noilor ramuri ale tehnologiei: ingineria electrică și radio.

De mai bine de o sută de ani, multe generații de tineri studenți învață povestea vieții remarcabile a unuia dintre cei mai cunoscuți oameni de știință, membru a 68 de societăți și academii științifice, în lecții de fizică și din numeroase cărți. De obicei, numele lui M. Faraday este asociat cu cea mai semnificativă și, prin urmare, cu cea mai faimoasă descoperire - fenomenul inducției electromagnetice, făcută de el în 1831. Dar cu un an înainte, în 1830, M. Faraday a fost ales membru de onoare pentru cercetări în domeniul chimiei și electromagnetismului Academiei de Științe din Sankt Petersburg, dar a fost ales membru al Societății Regale din Londra (Academia Britanică de Științe) în 1824. când celebrul jurnal științific „Experimental Research on Electricity” a început să fie publicat, M. Faraday a publicat peste 60 de lucrări științifice.

O mare harnicie, setea de cunoastere, inteligenta innascuta si observatie i-au permis lui M. Faraday sa obtina rezultate deosebite in toate acele domenii de cercetare stiintifica catre care savantul s-a orientat. Recunoscutului „rege al experimentatorilor” îi plăcea să repete: „Arta experimentatorului este să poată pune întrebări naturii și să-i înțeleagă răspunsurile”.

Fiecare studiu al lui M. Faraday s-a distins printr-o asemenea minuțiozitate și a fost atât de consistent cu rezultatele anterioare, încât aproape că nu au existat critici la adresa operei sale printre contemporanii săi.

Dacă excludem din considerare studiile chimice ale lui M. Faraday, care au constituit și o eră în domeniul lor (este suficient să amintim experimentele privind gazele de lichefiere, descoperirea benzenului, butilenei), atunci toate celelalte lucrări ale sale, la prima vedere uneori împrăștiate, ca niște lovituri pe pânza unui artist, luate împreună, ele formează o imagine uimitoare a unui studiu cuprinzător al a două probleme: transformările reciproce ale diferitelor forme de energie și conținutul fizic al mediului.

Orez. 2.11. Schema de „rotații electromagnetice” (conform desenului lui Faraday)

1, 2 - castroane cu mercur; 3 - magnet mobil; 4 - magnet staționar; cinci, 6 - fire care merg la bateria celulelor galvanice; 7 - tijă de cupru; 8 - conductor fix; 9 - conductor mobil

Lucrarea lui M. Faraday în domeniul electricității a fost inițiată de studiul așa-numitelor rotații electromagnetice. Dintr-o serie de experimente ale lui Oersted, Arago, Ampère, Biot, Savart, efectuate în 1820, a devenit cunoscut nu numai despre electromagnetism, ci și despre particularitățile interacțiunilor curentului și magnetului: aici, așa cum sa menționat deja, forțele centrale necunoscut mecanicii clasice a acţionat, iar forţele sunt diferite, străduindu-se să stabilească un ac magnetic perpendicular pe conductor. M. Faraday a pus întrebarea: magnetul se străduiește să se miște continuă în jurul conductorului prin drenaj? Experiența a confirmat ipoteza. În 1821, M. Faraday a făcut o descriere a unui dispozitiv fizic, prezentat schematic în fig. 2.11. În vasul din stânga cu mercur era un magnet permanent cu tijă articulat în partea de jos. Când curentul a fost pornit, partea sa superioară s-a rotit în jurul unui conductor fix. În vasul din dreapta, tija magnetică era nemișcată, iar conductorul purtător de curent, suspendat liber pe suport, a alunecat peste mercur, rotindu-se în jurul polului magnetului. Deoarece în acest experiment apare pentru prima dată un dispozitiv magnetoelectric cu mișcare continuă, este destul de legitim să începem istoria mașinilor electrice în general și a motorului electric în special cu acest dispozitiv. Să fim atenți și la contactul cu mercur, care mai târziu și-a găsit aplicație în electromecanică.

Din acest moment, se pare, M. Faraday a început să-și formeze idei despre „interconvertibilitatea forțelor” universală. După ce a primit o mișcare mecanică continuă cu ajutorul electromagnetismului, el își pune sarcina de a inversa fenomenul sau, în terminologia lui M. Faraday, de a transforma magnetismul în electricitate.

Doar convingerea absolută în validitatea ipotezei „interschimbabilității” poate explica intenția și perseverența, mii de experimente și 10 ani de muncă grea petrecuți pentru rezolvarea problemei formulate. În august 1831 s-a făcut un experiment decisiv, iar pe 24 noiembrie, la o ședință din cadrul Societății Regale, a fost prezentată esența fenomenului inducției electromagnetice.

Orez. 2.12. Ilustrație a experienței Arago („magnetismul rotației”)

1 - disc conductiv nemagnetic; 2 - baza de sticla pentru fixarea axei discului

Ca exemplu care caracterizează trenul de gândire al unui om de știință și formarea ideilor sale despre câmpul electromagnetic, să considerăm studiul de către M. Faraday al unui fenomen care a fost numit atunci „magnetism de rotație”. Cu mulți ani înainte de lucrările lui M. Faraday, navigatorii au observat efectul inhibitor al corpului de cupru al busolei asupra oscilațiilor acului magnetic. În 1824 D.F. Arago (vezi § 2.5) a descris fenomenul „magnetismului rotațional”, pe care nici el, nici alți fizicieni nu l-au putut explica în mod satisfăcător. Esența fenomenului a fost următoarea (Fig. 2.12). Un magnet în formă de potcoavă se putea roti în jurul unei axe verticale, iar deasupra polilor săi se afla un disc de aluminiu sau cupru, care se putea roti și pe o axă a cărei direcție de rotație coincide cu direcția de rotație a axei magnetului. În repaus, nu au fost observate interacțiuni între disc și magnet. Dar de îndată ce magnetul a început să se rotească, discul s-a repezit după el și invers. Pentru a exclude posibilitatea antrenării discului de către curenții de aer, magnetul și discul au fost separate prin sticlă.

Descoperirea inducției electromagnetice l-a ajutat pe M. Faraday să explice fenomenul D.F. Arago, și deja la începutul studiului, scrie: „Am sperat să fac o nouă sursă de energie electrică din experiența domnului Arago”.

Aproape simultan cu M. Faraday, remarcabilul fizician american Joseph Henry (1797–1878) a observat inducția electromagnetică. Nu este greu de imaginat sentimentele omului de știință, viitorul președinte al Academiei Naționale de Științe Americane, când era pe punctul de a-și publica observațiile și a aflat despre publicarea lui M. Faraday. Un an mai târziu, D. Henry a descoperit fenomenul de autoinducție și de curenți suplimentari și, de asemenea, a stabilit dependența inductanței circuitului de proprietățile materialului și de configurația miezurilor bobinei. În 1838, D. Henry a studiat „curenții de ordin superior”, adică. curenți induși de alți curenți induși. În 1842, continuarea acestor studii l-a condus pe D. Henry la descoperirea naturii oscilatorii a descărcării unui condensator (mai târziu, în 1847, această descoperire a fost repetată de remarcabilul fizician german Hermann Helmholtz) (1821–1894).

Să ne întoarcem la principalele experimente ale lui M. Faraday. Prima serie de experimente s-a încheiat cu un experiment care demonstrează fenomenul de inducție „volta-electric” (în terminologia lui M. Faraday) (Fig. 2.13, A- G). După ce a detectat apariția curentului în circuitul secundar 2 la închiderea sau deschiderea primarului 1 sau în timpul mișcării reciproce a circuitelor primar și secundar (Fig. 2.13, în), M. Faraday a pus la cale un experiment pentru a clarifica proprietățile curentului indus: în interiorul spiralei b, inclus în circuitul secundar, a fost plasat un ac de oțel 7 (Fig. 2.13, b) care a fost magnetizat de un curent indus. Rezultatul a arătat că curentul indus este similar cu curentul primit direct de la o baterie galvanică. 3.

Orez. 2.13. Scheme ale principalelor experimente care au dus la descoperirea inducției electromagnetice

Înlocuirea unui tambur din lemn sau carton 4, pe care au fost înfăşurate înfăşurările primare şi secundare, cu un inel de oţel (Fig. 2.13, d), M. Faraday a descoperit o abatere mai intensă a acului galvanometrului 5. Această experiență a arătat rolul esențial al mediului în procesele electromagnetice. Aici M. Faraday folosește pentru prima dată un dispozitiv care poate fi numit prototip de transformator.

A doua serie de experimente a ilustrat fenomenul de inducție electromagnetică care a apărut în absența unei surse de tensiune în circuitul primar. Pornind de la faptul că bobina circulată de curent este identică cu magnetul, M. Faraday a înlocuit sursa de tensiune cu doi magneți permanenți (Fig. 2.13, e) si a observat curentul din infasurarea secundara in timpul inchiderii si deschiderii circuitului magnetic. El a numit acest fenomen „inducție magnetoelectrică”; mai târziu a observat că nu există nicio diferență fundamentală între inducția „volta-electrică” și „magnetoelectrică”. Ulterior, ambele fenomene au fost combinate prin termenul de „inducție electromagnetică”. În experimentele finale (Fig. 2.13, de exemplu) apariția unui curent indus a fost demonstrată atunci când un magnet permanent sau o bobină purtătoare de curent se mișcă în interiorul solenoidului. Acest experiment a demonstrat mai clar decât alții posibilitatea de a transforma „magnetismul în electricitate” sau, mai precis, energia mecanică în energie electrică.

Pe baza unor idei noi, M. Faraday a dat o explicație a laturii fizice a experimentului cu discul de D.F. Arago. Pe scurt, raționamentul său poate fi rezumat după cum urmează. Un disc de aluminiu (sau orice alt disc conductiv, dar nemagnetic) poate fi gândit ca o roată cu un număr infinit de spițe - conductori radiali. Odată cu mișcarea relativă a magnetului și a discului, aceste spițe conducătoare „taie curbele magnetice” (terminologia lui Faraday), iar în conductori apare un curent indus. Interacțiunea curentului cu un magnet era deja cunoscută. În interpretarea lui M. Faraday atrag atenția terminologia și metoda de explicare a fenomenului. Pentru a determina direcția curentului indus, el introduce regula unui cuțit care taie liniile de forță. Aceasta nu este încă legea lui E.H. Lenz, care se caracterizează prin universalitatea caracteristicilor fenomenului, dar încearcă doar de fiecare dată, prin descrieri detaliate, să stabilească dacă curentul va curge de la mâner la vârful lamei sau invers. Dar imaginea fundamentală este importantă aici: M. Faraday, spre deosebire de susținătorii teoriei acțiunii pe distanță lungă, umple spațiul în care diverse forțe acționează cu mediul material, eterul, dezvoltând teoria eterică a lui L. Euler. , care, la rândul său, este influențat de ideile lui M.V. Lomonosov.

M. Faraday a împărtășit realitatea fizică magneticului și apoi, în studiul dielectricilor și al liniilor electrice de forță, le-a înzestrat cu proprietatea elasticității și a găsit explicații foarte plauzibile pentru o mare varietate de fenomene electromagnetice, folosind ideea de aceste linii elastice, asemănătoare cu firele de cauciuc.

A trecut mai bine de un secol și jumătate și încă nu am găsit o modalitate și o schemă mai ilustrativă de explicare a fenomenelor asociate cu inducția și acțiunile electromecanice decât celebrul concept al liniilor Faraday, care încă ni se par tangibile material.

De la D.F. Arago M. Faraday a creat cu adevărat o nouă sursă de energie electrică. După ce a făcut ca un disc de aluminiu sau cupru să se rotească între polii unui magnet, M. Faraday a plasat perii pe axa discului și pe periferia acestuia.

Astfel, a fost proiectată o mașină electrică, care a primit ulterior numele de generator unipolar.

La analiza lucrărilor lui M. Faraday se manifestă clar ideea generală, care a fost dezvoltată de marele savant de-a lungul vieții sale creatoare. Citindu-l pe M. Faraday, este greu de scăpat de impresia că s-a ocupat de o singură problemă a interconversiilor diverselor forme de energie, iar toate descoperirile sale au fost făcute întâmplător și au servit doar la ilustrarea ideii principale. El explorează diverse tipuri de electricitate (animală, galvanică, magnetică, termoelectricitate) și, dovedind identitatea lor calitativă, descoperă legea electrolizei. În același timp, electroliza, ca și tremurul mușchilor unei broaște disecate, a servit inițial doar ca dovadă că toate tipurile de electricitate se manifestă în aceleași acțiuni.

Studiile electricității statice și fenomenul inducției electrostatice l-au condus pe M. Faraday la formarea de idei despre dielectrici, la ruptura finală cu teoria acțiunii cu rază lungă de acțiune, la studii remarcabile ale descărcării în gaze (descoperirea spațiului întunecat al lui Faraday). ). Studiul suplimentar al interacțiunii și interconversiei forțelor l-a condus la descoperirea rotației magnetice a planului de polarizare a luminii, la descoperirea diamagnetismului și a paramagnetismului. Convingerea în universalitatea transformărilor reciproce l-a făcut pe M. Faraday să se îndrepte chiar spre studiul relației dintre magnetism și electricitate, pe de o parte, și gravitație, pe de altă parte. Adevărat, experimentele pline de spirit ale lui Faraday nu au dat un rezultat pozitiv, dar acest lucru nu i-a zdruncinat încrederea în existența unei legături între aceste fenomene.

Biografilor lui M. Faraday le place să sublinieze faptul că M. Faraday a evitat să folosească matematica, că nu există o singură formulă matematică pe multe sute de pagini din „Cercetarea experimentală a energiei electrice”. În acest sens, se cuvine să cităm afirmația compatriotului lui M. Faraday, marele fizician James Clark Maxwell (1831–1879): simboluri matematice. De asemenea, am constatat că această metodă poate fi exprimată în forma matematică obișnuită și astfel comparată cu metodele matematicienilor profesioniști.

„Matematica” gândirii lui Faraday poate fi ilustrată prin legile sale ale electrolizei sau, de exemplu, prin formularea legii inducției electromagnetice: cantitatea de electricitate pusă în mișcare este direct proporțională cu numărul de linii de forță traversate. Este suficient să ne imaginăm ultima formulare sub formă de simboluri matematice și obținem imediat o formulă din care decurge foarte repede celebrul d?/dt, unde? - legătura fluxului magnetic.

D.K. Maxwell, care s-a născut în anul descoperirii fenomenului inducției electromagnetice, și-a evaluat foarte modest meritele în fața științei, subliniind că a dezvoltat și îmbrăcat doar într-o formă matematică ideile lui M. Faraday. Teoria câmpului electromagnetic a lui Maxwell a fost apreciată de oamenii de știință de la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea, când ingineria radio a început să se dezvolte pe baza ideilor lui Faraday - Maxwell.

Pentru a caracteriza previziunea lui M. Faraday, capacitatea sa de a pătrunde în profunzimile celor mai complexe fenomene fizice, este important să reamintim aici că, în 1832, genialul om de știință s-a aventurat să sugereze că procesele electromagnetice sunt de natură ondulatorie și oscilațiile magnetice și inducția electrică se propagă cu o viteză finită.

La sfârșitul anului 1938, a fost găsită în arhivele Societății Regale din Londra o scrisoare sigilată a lui M. Faraday, datată 12 martie 1832. A rămas în obscuritate timp de mai bine de 100 de ani și conținea următoarele rânduri:

„Unele rezultate ale cercetării... m-au condus la concluzia că este nevoie de timp pentru propagarea efectului magnetic, adică. atunci când un magnet acționează asupra altui magnet îndepărtat sau a unei piese de fier, cauza influențatoare (pe care îmi voi permite să o numesc magnetism) se răspândește din corpurile magnetice treptat și necesită un anumit timp pentru propagarea lui, care, 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 polul magnetic este similară cu vibrațiile unei suprafețe de apă agitată sau cu vibrațiile sonore ale particulelor de aer, de exemplu. Intenționez să aplic teoria vibrațiilor fenomenelor magnetice, așa cum se face cu sunetul, și este cea mai probabilă explicație a fenomenelor luminoase.

Prin analogie, consider că este posibil să se aplice teoria oscilațiilor la propagarea inducției electrice. Vreau să testez aceste puncte de vedere în mod experimental, dar din moment ce timpul meu este ocupat cu îndeplinirea îndatoririlor oficiale, ceea ce poate duce la o extindere a experimentelor... Vreau, prin transferarea acestei scrisori pentru păstrare către Societatea Regală, să asigur descoperirea. pentru mine până la o anumită dată...”.

Întrucât aceste idei ale lui M. Faraday au rămas necunoscute, nu există niciun motiv să refuze marele său compatriot D.K. Maxwell în descoperirea acestor idei, cărora le-a dat o formă fizică și matematică strictă și o semnificație fundamentală.

Din cartea Amazing Mechanics autor Gulia Nurbey Vladimirovici

Descoperirea unui olar antic Unul dintre cele mai maiestuoase orase din Mesopotamia este anticul Ur. Este uriaș și cu mai multe fațete. Este aproape un întreg stat. Grădini, palate, ateliere, structuri hidraulice complexe, clădiri de cult.Într-un mic atelier de ceramică, în aparență

Din cartea Reguli pentru instalarea instalațiilor electrice în întrebări și răspunsuri [Un ghid pentru studierea și pregătirea pentru un test de cunoștințe] autor Krasnik Valentin Viktorovici

Asigurarea compatibilității electromagnetice a dispozitivelor de comunicație și telemecanică Întrebare. Cum sunt realizate dispozitivele de comunicație și telemecanică? Răspuns. Sunt realizate imunitate la zgomot cu un grad suficient pentru a le asigura funcționarea fiabilă atât în ​​condiții normale, cât și în caz de urgență

Din cartea Mașinile secrete ale armatei sovietice autor Kochnev Evgheni Dmitrievici

„Deschiderea” familiei (KrAZ-6315/6316) (1982 - 1991) În februarie 1976, a fost emis un decret secret al Consiliului de Miniștri și al Comitetului Central al PCUS privind dezvoltarea la principalele fabrici de automobile sovietice ale familiilor fundamentale. camioane grele ale armatei și autotrenuri noi, realizate conform cerințelor

Din cartea Foșnetul unei grenade autor Prișcepenko Alexandru Borisovici

5.19. De ce iubești magneții permanenți? Dispozitiv de casă pentru măsurarea inducției câmpului. Un alt dispozitiv care elimină durerea din calculele sinuoase

Din cartea Noi surse de energie autor Frolov Alexandru Vladimirovici

Capitolul 17 Fenomene capilare O clasă separată de dispozitive pentru conversia energiei termice a mediului este formată din numeroase mașini capilare care efectuează lucrări fără consum de combustibil. Există foarte multe astfel de proiecte în istoria tehnologiei. Dificultatea este aceeași

Din cartea Epoca Metalului autor Nikolaev Grigori Ilici

Capitolul 1. DEscoperirea elementului de hobby al preotului Șapte metale din antichitate, precum și sulful și carbonul - acestea sunt toate elementele cu care omenirea a devenit familiară de-a lungul multor milenii de existență până în secolul al XIII-lea d.Hr. În urmă cu opt secole, a început perioada alchimiei. El

Din cartea Istoria ingineriei electrice autor Echipa de autori

1.3. DESCOPERIREA NOI PROPRIETĂȚI ALE ELECTRICITĂȚII Unul dintre primii care, făcând cunoștință cu cartea lui V. Hilbert, a decis să obțină manifestări mai puternice ale forțelor electrice, a fost binecunoscutul inventator al pompei de aer și experiența cu emisferele, primarul Magdeburgului Otto von Guericke

Din cartea Istoria descoperirilor și invențiilor remarcabile (ingineria electrică, industria energiei electrice, electronică radio) autor Shneiberg Jan Abramovici

2.4. DESCOPERIREA ARCULUI ELECTRIC ŞI UTILIZAREA SA PRACTICĂ Dintre toate lucrările lui V.V. Petrova își prezintă descoperirea în 1802 a fenomenului unui arc electric între doi electrozi de carbon conectați la polii unei surse de înaltă energie pe care a creat-o.

Din cartea autorului

2.6. DESCOPERIREA FENOMENULUI DE TERMOELECTRICITATE SI STABILIREA LEGILE CIRCUITULUI ELECTRIC Studierea in continuare a fenomenelor de electricitate si magnetism a condus la descoperirea unor fapte noi.

Din cartea autorului

3.5. DECOPERIREA UNUI CÂMP MAGNETIC ROTATIV ȘI CREAREA DE MOTORE ELECTRICE ASINCRONE

Din cartea autorului

CAPITOLUL 5 Descoperirea electromagnetismului și crearea diferitelor mașini electrice care au marcat începutul electrificării Descoperirea efectului „conflictului electric” asupra acului magnetic În iunie 1820, a fost publicat la Copenhaga un mic pamflet în latină