Відкриття електромагнітної індукції

Післявідкриттів Ерстеда і Ампера стало ясно, що електрика володіє магнітноїсилою. Тепер необхідно було підтвердити вплив магнітних явищ наелектричні. Цю задачу блискуче вирішив Фарадей.

МайклФарадей (1791-1867) народився в Лондоні, в одній з найбідніших його частин. Йогобатько був ковалем, а мати - дочкою землероба-орендаря. Коли Фарадейдосяг шкільного віку, його віддали в початкову школу. Курс, пройденийФарадеєм тут, був дуже вузький і обмежувався тільки навчанням читанню, письмуі початків рахунку.

Вдекількох кроках від будинку, в якому жила сім'я Фарадея, знаходилася книжковалавка, колишня разом з тим і палітурним закладом. Сюди-то і потрапив Фарадей, закінчившикурс початкової школи, коли виникло питання про вибір професії для нього. Майклу вцей час минуло тільки 13 років. Вже в юнацькому віці, коли Фарадей тількищо починав свою самоосвіту, він прагнув спиратися виключно тількина факти і перевіряти повідомлення інших власними дослідами.

Ціпрагнення домінували в ньому все життя як основні риси його наукової діяльностіФізичні і хімічні досліди Фарадей став проробляти ще хлопчиком при першомуж знайомстві з фізикою і хімією. Одного разу Майкл відвідав одну з лекцій ГемфріДеві, великого англійського фізика.

Фарадейзробив докладний запис лекції, зшив її і відіслав Деві. Той був настількивражений, що запропонував Фарадею працювати з ним в якості секретаря. Незабаром Девівідправився в подорож по Європі і узяв з собою Фарадея. За два роки вонивідвідали найбільші європейські університети.

Повернувшисьв Лондон в 1815 році, Фарадей почав працювати асистентом в одній з лабораторійКоролівського інституту в Лондоні. У той час це була одна з кращих фізичнихлабораторій світу З 1816 по 1818 рік Фарадей надрукував ряд дрібних заміток іневеликих мемуарів по хімії. До 1818 року відноситься перша робота Фарадея пофізиці.

Спираючисьна досліди своїх попередників і скомбінувавши декілька власних дослідів, довересня 1821 року Майкл надрукував В«Історію успіхів електромагнетизмуВ». Вже вцей час він склав цілком правильне поняття про сутність явища відхиленнямагнітної стрілки під дією струму.

Домігшисьцього успіху, Фарадей на цілі десять років залишає заняття в областіелектрики, присвятивши себе дослідженню цілого ряду предметів іншого роду. В1823 Фарадеєм було вироблено одне з найважливіших відкриттів в області фізики- Він вперше добився зріджування газу, і разом з тим встановив простий, аледійсний метод обігу газів в рідину. У 1824 році Фарадей зробивкілька відкриттів у галузі фізики.

Середіншого він встановив той факт, що світло впливає на колір скла, змінюючи його. ВНаступного року Фарадей знову звертається від фізики до хімії, і результатом йогоробіт у цій області є відкриття бензину і сірчано-нафталінової кислоти.

В1831 році Фарадей опублікував трактат В«Про особливого роду оптичному обманіВ», що послуживпідставою прекрасного і цікавого оптичного снаряда, іменованогоВ«ХромотропомВ». У тому ж році вийшов ще один трактат вченого В«Про вібруючіпластинках В». Багато з цих робіт могли самі-по собі обезсмертити ім'я їхавтора. Але найбільш важливими з наукових праць Фарадея є його дослідженняв області електромагнетизму й електричної індукції.

Строгокажучи, важливий відділ фізики, який трактує явища електромагнетизму ііндукційної електрики, і має в даний час таке величезнезначення для техніки, був створений Фарадеєм з нічого.

Дотого часу, коли Фарадей остаточно присвятив себе дослідженням в областіелектрики, було встановлено, що при звичайних умовах доситьприсутності наелектризованого тіла, щоб вплив його порушило електрикуу всякому іншому тілі. Разом з тим було відомо, що дріт, по якійпроходить струм і яка також представляє собою наелектризовані тіло, неробить ніякого впливу на поміщені поруч інші дроту.

Отчогозалежало це виняток? Ось питання, який зацікавив Фарадея і рішенняякого привело його до найважливіших відкриттів в області індукційногоелектрики. По своєму звичаю Фарадей почав ряд дослідів, долженствовавшіхз'ясувати суть справи.

Наодну і ту ж дерев'яну качалку Фарадей намотав паралельно один одному двіізольовані дроту. Кінці одного дроту він з'єднав з батареєю з десятиелементів, а кінці іншої - з чутливим гальванометром. Коли був пропущенийструм через перший дріт,

Фарадейзвернув усю свою увагу на гальванометр, очікуючи помітити по коливанням йогопоява струму і в другому дроті. Однак нічого подібного не було:гальванометр залишався спокійним. Фарадей вирішив збільшити силу струму і ввів вланцюг 120 гальванічних елементів. Результат вийшов той же. Фарадей повторивцей досвід десятки разів і все з тим же успіхом.

Всякийінший на його місці залишив би досліди, переконаний, що струм, що проходить черездріт, не надає ніякої дії на сусідню дріт. Але Фарадейнамагався завжди витягти зі своїх дослідів і спостережень все, що вони можуть дати, ітому, не отримавши прямої дії на дріт, з'єднану з гальванометром,став шукати побічні явища.

ВідразуВодночас він зауважив, що гальванометр, залишаючись абсолютно спокійним у всі часпроходження струму, приходить в коливання при самому замиканні ланцюга і прирозмиканні її Виявилося, що в той момент, коли в перший дрітпропускається струм, а також коли це пропускання припиняється, в другійдроті також збуджується струм, що має в першому випадку протилежнийнапрямок з першим струмом і однакове з ним в другому випадку і що продовжуєтьсявсього одну мить.

Цівторинні миттєві струми, що викликаються впливом первинних, були названі Фарадеєміндуктивними, і ця назва збереглася за ними досі. Будучи миттєвими, вмитьзникаючи вслід за своєю появою, індуктивні струми не мали б ніякогопрактичного значення, якби Фарадей не знайшов спосіб за допомогою дотепногопристосування (комутатора) безупинно переривати і знову проводити первиннийструм, що йде від батареї по першому дроту, завдяки чому в другому дротібезперервно збуджуються всі нові і нові індуктивні струми, що стають, такимчином, постійними. Так був знайдено нове джерело електричної енергії, крімраніше відомих (тертя і хімічних процесів), - індукція, і новий вид цієїенергії - індукційна електрика.

Продовжуючисвої досліди, Фарадей відкрив далі, що достатньо простого наближення дроту,закрученої в замкнуту криву, до іншої, за якою йде гальванічний струм, щобв нейтральному дроті порушити індуктивний струм напряму, зворотногогальванічного струму, що видалення нейтральної дроту знову збуджує в нійіндуктивний струм вже однакового напрямку з гальванічним, що йде понерухомою дроті, і що, нарешті, ці індуктивні струми збуджуються тількипід час наближення і видалення дроту до провідника гальванічного струму, абез цього руху струми не збуджуються, як би близько один до одного дротуне знаходилися.

Такимчином, було відкрито нове явище, аналогічне вищеописаному явищуіндукції при замиканні і припинення гальванічного струму. Ці відкриття викликалив свою чергу нові. Якщо можна викликати індуктивний струм замиканням іприпиненням гальванічного струму, то чи не вийде той же результат віднамагнічування і розмагнічування заліза?

РоботиЕрстеда і Ампера встановили вже спорідненість магнетизму і електрики. Було відомо,що залізо робиться магнітом, коли навколо нього обмотана ізольованадріт і по останньої проходить гальванічний струм, і що магнітні властивостіцього заліза припиняються, як тільки припиняється струм.

Виходячиз цього, Фарадей вигадав такого роду досвід: навколо залізного кільця булиобмотані дві ізольовані дроту; причому один дріт був обмотанийнавколо однієї половини кільця, а інша - навколо іншої. Через один дрітпропускався струм від гальванічної батареї, а кінці іншої були сполучені згальванометром. І ось, коли струм замикався або припинявся і коли, отже,залізне кільце намагнічувалося або розмагнічувалося, стрілка гальванометрашвидко коливалася і потім швидко зупинялася, тобто в нейтральномудроті збуджувалися всі ті ...ж миттєві індуктивні струми - цього разу: вжепід впливом магнетизму.

Такимчином, тут вперше магнетізмбил перетворений на електрику. Отримавши цірезультати, Фарадей вирішив урізноманітнити свої досліди. Замість залізного кільця вінстав вживати залізну смугу. Замість збудження в залозі магнетизмугальванічним струмом він намагнічується залізо дотиком його до постійногосталевому магніту. Результат виходив той же: в дроті, обмотують залізо,завжди! збуджувався струм в момент намагнічування і розмагнічування заліза.

ПотімФарадей вносив в дротяну спіраль сталевий магніт - наближення і видаленняостаннього викликало в дроті індукційні струми. Словом, магнетизм, в сенсізбудження індукційних, струмів, діяв абсолютно так само, як ігальванічний струм.

Втой час фізиків посилено займало одне загадкове явище, відкрите в 1824році Араго і не знаходить пояснення, дивлячись на; те, що цього поясненняпосилено шукали такі видатні вчені того часу, як сам Араго, Ампер, Пуассон,Бабедж і Гершель.

Справаполягало в наступному. Магнітна стрілка, вільно висить, швидко приходить встан спокою, якщо під неї підвести круг з немагнітного металу; якщо потімколо привести в обертовий рух, магнітна стрілка починає рухатися заним.

Вспокійному стані не можна було відкрити анінайменшого тяжіння абовідштовхування між колом і стрілкою, між тим як той же коло, що знаходився врусі, тягнув за собою не тільки легку стрілку, але і важкий магніт. Цевоістину чудове явище здавалося вченим того часу таємничої загадкою, чимосьвиходять за межі природного.

Фарадей,виходячи зі своїх вищевикладених даних, зробив припущення, що гуртокнемагнітного металу, під впливом магніту, під час обертання оббігаєіндуктивними струмами, які мають вплив на магнітну стрілку ітягнуть її за магнітом.

Ідійсно, ввівши край гуртка між полюсами великого підковоподібногомагніту і з'єднавши дротом центр і край гуртка з гальванометром, Фарадейотримав при обертанні гуртка постійний електричний струм.

Слідомза тим Фарадей зупинився на інших викликає тоді загальне цікавістьявищі. Як відомо, якщо посипати на магніт залізних тирси, вонигрупуються по певних лініях, званим магнітними кривими. Фарадей, звернувшиувагу на це явище, дав основи в 1831 році магнітним кривим назвуВ«Ліній магнітної силиВ», яке увійшло потім у загальне вживання.

Вивченняцих В«лінійВ» призвело Фарадея до нового відкриття, виявилося, що для порушенняіндуктивних струмів наближення і видалення джерела від магнітного полюсанеобов'язкові. Для збудження струмів достатньо перетнути відомим чиномлінії магнітної сили.

Подальшіроботи Фарадея в згаданому напрямі набували, з сучасною йому точкизору, характер чогось зовсім чудесного. На початку 1832 року віндемонстрував прилад, в якому порушувалися індуктивні струми без допомогимагніту або гальванічного струму.

Приладскладався з залізної смуги, вміщеній в дротяної котушці. Прилад цей призвичайних умовах не давав ні найменшої ознаки появи в ньому струмів; алелише тільки йому давалося напрямок, відповідне напрямку магнітноїстрілки, в дроті збуджувався струм.

ПотімФарадей давав положення магнітної стрілки одній котушці і потім вводив в неїзалізну смугу: струм знову збуджувався. Причини, що викликають у цих випадках струм,був земний магнетизм, викликав індуктивні струми подібно звичайному магнітуабо гальванічного струму. Щоб наочніше показати і довести це, Фарадейзробив ще один досвід, цілком підтвердив його міркування.

Вінміркував, що якщо коло з немагнітного металу, наприклад, з міді, обертаючись уположенні, при якому він перетинає лінії магнітної сили сусіднього магніту, даєіндуктивний струм, то те саме коло, обертаючись у відсутність магніту, але в положенні,при якому коло буде перетинати лінії земного магнетизму, теж повинен датиіндуктивний струм.

Ідійсно, мідний коло, що обертається в горизонтальній площині, давіндуктивний струм, який шив помітне відхилення стрілки гальванометра. Ряддосліджень в області електричної індукції Фарадей закінчив відкриттям, зробленимв 1835 році, В«індукуючого впливу струму на самого себеВ».

Вінз'ясував, що при замиканні або розмиканні гальванічного струму в самійдроті, що служить провідником для цього струму, збуджуються моментальнііндуктивні струми.

Російськийфізик Еміль Христофорович Ленц (1804-1861) дав правило для визначеннянапрямки індукційного струму. В«Індукційний струм завжди спрямований так, щостворюване їм магнітне поле утрудняє або гальмує що викликає індукціюрух, - зазначає А.А. Коробко-Стефанов у своїй статті про електромагнітнуіндукції. - Наприклад, при наближенні котушки до магніту виникає індукційнийструм має такий напрямок, що створене ним магнітне поле будепротилежно магнітному полю магніту. В результаті між котушкою і магнітомвиникають сили відштовхування.

ПравилоЛенца випливає із закону збереження і перетворення енергії. Якби індукційніструми прискорювали викликає їх рух, то створювалася б робота з нічого.Котушка сама собою після невеликого поштовху спрямовувалася б назустріч магніту, іодночасно індукційний струм виділяв би в ній теплоту. У дійсності жіндукційний струм створюється за рахунок роботи щодо зближення магніту і котушки.

Чомувиникає індукційний струм? Глибоке пояснення явища електромагнітноїіндукції дав англійський фізик Джемс Клерк Максвелл - творець закінченоюматематичної теорії електромагнітного поля.

Щобкраще зрозуміти суть справи, розглянемо дуже простий досвід. Нехай котушка складається зодного витка дроту і пронизується змінним магнітним полем, перпендикулярнимдо площини витка. У котушці, природно, виникає індукційний струм. Виключносміливо і несподівано витлумачив цей експеримент Максвелл.

Призміні магнітного поля в просторі, по думці Максвелла, виникає процес,для якого присутність дротяного витка не має ніякого значення. Головнетут - виникнення замкнутих кільцевих ліній електричного поля, що охоплюютьзмінюється магнітне поле. Під дією виникаючого електричного поляприходять в рух електрони, і у витку виникає електричний струм. Виток -це просто прилад, що дозволяє виявити електричне поле.

Сутністьж явища електромагнітної індукції в тому, що змінне магнітне полезавжди породжує в навколишньому просторі електричне поле з замкнутимисиловими лініями. Таке поле називається вихровим В».

Вишукуванняв області індукції, виробленої земним магнетизмом, дали Фарадею можливістьвисловити ще в 1832 році ідею телеграфу, яка потім і лягла в основу цьоговинаходи. А взагалі відкриття електромагнітної індукції недарма відносять донайбільш видатним відкриттям XIX століття - на цьому явищі заснована роботамільйонів електродвигунів та генераторів електричного струму у всьому світі ...

Список літератури

Джерелоінформації: Саміна Д. К. "Сто великих наукових відкриттів"., М.: "Віче",2002

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