Вільям Стерджен і перший у світі електромагніт

Стерджен(Sturgeon) Вільям (22.5.1783, Уайтінгтон, поблизу м. Ланкастер, - 4.12.1850, Престуіч,поблизу м. Манчестер), англійський винахідник в області електротехніки.Спеціальної освіти не отримав. У 1825 винайшов електромагніт, в 1830розробив технологію виготовлення пластин з амальгамірованного цинку длягальванічних елементів. Сконструював гальванометр з рухомою котушкою(1836). Проводив дослідження атмосферної електрики і займався питаннямигрозозахисту. У 1836 заснував перший у Великобританії електротехнічний журнал"Annals of Electricity".

Післяопублікування памфлету Ерстеда багато зацікавилися проблемамиелектромагнетизму: у тому ж 1820 р. Араго продемонстрував дріт зі струмом, обліпленузалізними тирсою, а Ампер довів, що спіраль зі струмом - соленоїд - володієвсіма властивостями природного магніту, притягаючи дрібні залізні предмети.

ЩоЩодо першого електромагніту, тобто котушки, обтічної струмом і міститьвсередині залізний сердечник, то його винаходу довелося чекати ще п'ять років. Цепристрій створив Вільям Стерджен.

Віннародився в Ланкастері в 1783 р. в родині шевця. Батько не приділяв родині нінайменшої уваги; він насолоджувався життям, вудив рибу і славився великим любителемпівнячих боїв. Молодого Вільяма послали вчитися майстерності до шевця, і той,мабуть, тримав його в чорному тілі. Вільям голодував, і тому, як тількивипала нагода, втік від шевця у військову частину. Було йому на той часдев'ятнадцять років. Через два роки Вільям дослужився до артилериста, він багаточитав, ставив фізичні і хімічні досліди.

Одного разу,коли їх частина стояла на острові Ньюфаундленд, налетів страшний ураган, що супроводжувавсяблискавками і громом. Ураган справив на Вільяма несподівано сильне враження іпривернув його увагу до електрики. Він став читати книги з природознавства, протенезабаром з гіркотою зрозумів, що нічого в них не розуміє. Тоді він вирішив почати зсамих азів і зайнявся листом, читанням і граматикою. Сержант тій же частині постачавйого книгами, які Вільям, звільнившись від вахти, читав ночами. Незабаром вінперейшов до математики, мертвим і новим мовам, оптиці і природознавства. Йогопристрастю у вільний час було ремонтувати годинники і креслити.

Післязвільнення від військової служби в 1820 р. Стерджен купив токарний верстат і присвятив себе виготовлення фізичних приладів, зокрема електричних.Завдяки підтримці відомого тоді хіміка Джеймса Марша він був призначенийлектором у Військову академію Ост-Індської компанії в Аддіскомбе, де і викладавдо 1838 р.

Першимвнеском Стерджен в науку стала розробка ним модифікованої моделіобертових циліндрів Ампера, описаної в В«Філософському журналіВ» в 1823 р. На наступний рік він написав чотири статті по термоелектриці, а 23 травня 1825 представив Товариству мистецтв кілька вдосконалених приладів для електромагнітнихекспериментів, серед яких був став тепер знаменитій Першійелектромагніт. Ідея циліндричного і підковоподібного магнітів захопила йогоще в 1823 р. Тоді Стерджен і побудував обертове В«колесо СтердженВ» -фактично одну з перших модифікацій електромотора.

Стерджензробив ряд дуже важливих відкриттів, про які написав кілька статей, однакВ«Філософський журналВ», для якого вони призначалися, відмовився їх друкувати, іСтерджену не залишалося нічого, як створити свій власний журнал - В«Анналиелектрики В».

Музейнауки в Манчестері, директором якого став Стерджен в 1840 р., був занадто науковим, щоб бути прибутковим, і Стерджен жив у бідності. У 1850 р. винахідник електромагніту помер, так і не отримавши в нагороду за своє велике винахід нібагатства, ні слави.

УченьСтерджен, знаменитий англійський фізик Джеймс Прескотт Джоуль, писав, щоСтерджен був високого зросту і добре складний, володів благородної зовнішністю іприємними манерами. На жаль, портрета його не збереглося. На його могильнійплиті викарбувано: В«Тут лежить винахідник електромагніту ...В»

Пристрійперший електромагніту

Першийв світі електромагніт, продемонстрований Стердженом 23 травня 1825 Суспільству мистецтв, являв собою зігнутий у підкову лакований залізний стрижень довжиною30 і діаметром 1, 3 см, покритий зверху одним шаром ізольованого мідногодроту. Електроенергією він забезпечувався від гальванічної батареї (вольтовастовпа). Електромагніт утримував на вазі 3600 г і значно перевершував по силі природні магніти такої ж маси. Це було блискуче по тим часамдосягнення.

СамСтерджен особливо високо оцінював свою ідею, пов'язану з заміною жорсткогозаліза м'яким. Вчений вільно оперував такими поняттями, як В«магнетизмВ», В«магнітнаенергія В»,В« однорідність магнітного матеріалу В»,В« отжиг заліза В»і т.д.

Правліннясуспільства оцінило заслуги Стерджен. Він отримав медаль і грошову премію, аперший електромагніт був виставлений в музеї суспільства.

Джоуль,експериментуючи з найпершим магнітом Стерджен, зумів довести його підйомнусилу до 20 кг. Це було в тому ж 1825

В1828 лондонський годинниковий майстер Воткінс виготовив електромагніт, якийпіднімав 30 кг.

Тодіж професор Молл з Утрехта, взявши за основу конструкцію Воткінс, виготовивмагніт, В«піднімав ковадло масою 60 кг і не піднімав ковадло масою 80 кгВ».

В1832 Стерджен виготовив магніт, який піднімав 160 кг, але вже в тому ж році Марш створив магніт, здатний підняти більше 200 кг. Однак Стерджен не збирався втрачати першості. На його замовлення в 1840 р. був виконаний електромагніт, здатний підняти вже 550 кг!

Дотой час у Стерджен знайшовся дуже сильний суперник за океаном. В квітня 1831 р. професор Йельського університету Джозеф Генрі (його ім'ям названа одиниця індуктивності)побудував електромагніт масою близько 300 кг, що піднімав близько 1 т.

Всіці магніти по конструкції представляли собою підковоподібних стрижні, обмотанідротом. Джоуль в листопада 1840 р. створив магніт власної конструкції, ввигляді товстої сталевої труби, розрізаної вздовж осі. Перетин цього магніту булодуже великим, магніт виявився компактним і піднімав 1, 3 т. В той же часДжоуль побудував магніт абсолютно нової конструкції - притягає вантажвипробовував дію не двох полюсів, як зазвичай, а значно більшогокількості, що дозволило різко збільшити підіймався. Магніт масою 5, 5 кг утримував вантаж масою 1, 2 т.

Першімагніти були зроблені В«як бог на душу покладеВ». Однак не будь-яка форма давалахороший результат. Випадково вийшло так, що Стерджен для свого першогомагніту вибрав дуже вдалу - підковоподібна - форму (підковоподібних магнітивиготовляють досі). Відсутність досвіду та елементарної методики розрахункумагнітів призвело до того, що деякі різновиди магнітів, запропоновані втой час, були б, на наш погляд, просто абсурдними. Так, Трьохлапий магніт неміг би успішно працювати, так як магнітні потоки кожного стрижняпротидіяли б один одному - потік одного стрижня замикали на другомустержні, де він діяв назустріч потоку цього стрижня.

непридатність,на сучасний погляд, виявляється і дуже часто використовувалася конструкція, одинмагніт в якій складений з трьох більш дрібних і намотаних окремо. Ясно, щов проміжках між цими маленькими магнітами магнітні поля двох сусідніхстрижнів взаємно знищуються.

Лабораторнімагніти того періоду виготовлялися В«на окоВ». Ніякої теорії, якадозволила б заздалегідь передбачити властивості магнітів, не існувало. Першийвнесок у теорію розрахунку електромагнітів внесли російські вчені Е.X. Ленц та Б.С.Якобі, що вказали на зв'язок підйомної сили електромагніту і добуток силиструму в котушках на число витків обмотки.

ПісляЛенца і Якобі великий внесок у теорію розрахунку магнітів внесли англійці братиГопкинсон, які запропонували метод обліку насичення - явища, давнопоміченого проектувальниками магнітів і полягає в тому, що в магнітізаданої форми після деякої межі збільшенням струму в котушках не можнапідвищити його підйомну силу. Сучасна теорія пов'язує це явище з тим, щопри досягненні деякого намагнічує струму елементарні магнітики (диполі)заліза (ферромагнетика), раніше розташовані безладно, в основномуорієнтовані в одному напрямку і при подальшому посиленні намагнічуєструму істотного збільшення числа магнітиків, орієнтованих в одномунапрямі, не відбувається. Насичення сталі призвело до того, що індукціямагнітного поля першої магнітів не перевищувала 2 Тл.

Насталанова ера посилення потужності магнітів, але не шляхом збільшення їх розмірів, ачерез вдосконалення їх форми і боротьби з насиченням. Не можна сказати, щобця боротьба була дуже успішною. За сто років цієї напруженої війни фізиків знепокірної В«насичуєтьсяВ» сталлю індукція магнітного поля в магнітах зрославсього лише в два з половиною рази. Над цією проблемою працювали багато виднихфізики та електротехніки.

Список літератури

Дляпідготовки даної роботи були використані матеріали з сайту .electrolibrary.info