FARADEY. APERTURA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Obsesionado con las ideas de la inextricable conexión e interacción de las fuerzas de la naturaleza, Faraday trató de demostrar que, al igual que con la ayuda de la electricidad, Ampere podía crear imanes, también con la ayuda de los imanes se podía crear electricidad.
Su lógica era simple: el trabajo mecánico se convierte fácilmente en calor; recíprocamente, el calor se puede convertir en trabajo mecánico (digamos, en máquina de vapor). En general, entre las fuerzas de la naturaleza, la siguiente relación ocurre con mayor frecuencia: si A da a luz a B, entonces B también da a luz a A.
Si con la ayuda de la electricidad Ampere recibió imanes, entonces, aparentemente, es posible "obtener electricidad del magnetismo ordinario". Arago y Ampere se propusieron la misma tarea en París, Colladon en Ginebra.
Faraday organiza muchos experimentos, toma notas pedantes. Para cada pequeño estudio, dedica un párrafo en sus notas de laboratorio (publicadas íntegramente en Londres en 1931 con el título "El diario de Faraday"). La eficiencia de Faraday se evidencia por el hecho de que el último párrafo del "Diario" está marcado con el número 16041. La brillante habilidad de Faraday como experimentador, la obsesión, una posición filosófica clara no podía ser recompensada, pero el resultado tenía que ser esperado durante once largos años.
Aparte de una convicción intuitiva en la conexión universal de los fenómenos, nada realmente lo apoyó en su búsqueda de la "electricidad del magnetismo". Además, él, como su maestra Devi, se basó más en sus experiencias que en construcciones mentales. Davy le enseñó:
Un buen experimento es más valioso que la intuición de un genio como Newton.
Y sin embargo, fue Faraday quien estaba destinado a grandes descubrimientos. Gran realista, rompió espontáneamente las cadenas del empirismo, una vez que le impuso Davy, y en estos momentos se vio ensombrecido por una gran intuición: estaba adquiriendo la capacidad de las generalizaciones más profundas.
El primer destello de suerte apareció solo el 29 de agosto de 1831. En este día, Faraday probó un dispositivo simple en el laboratorio: un anillo de hierro de unas seis pulgadas de diámetro, envuelto en dos piezas de alambre aislado. Cuando Faraday conectó una batería a los terminales de un devanado, su asistente, el sargento de artillería Andersen, vio la flecha de un galvanómetro conectado al otro devanado contraerse.
Ella se sacudió y se calmó, aunque la corriente continua continuó fluyendo a través del primer devanado. Faraday examinó cuidadosamente todos los detalles de esta sencilla instalación: todo estaba en orden.
Pero la aguja del galvanómetro se mantuvo obstinadamente en cero. Molesto, Faraday decidió cortar la corriente, y luego sucedió un milagro: durante la apertura del circuito, la aguja del galvanómetro se balanceó una y otra vez se congeló a cero.
Faraday estaba perdido: primero, ¿por qué la flecha se comporta de manera tan extraña? En segundo lugar, ¿los arrebatos que notó tienen algo que ver con el fenómeno que estaba buscando?
Fue entonces cuando las grandes ideas de Ampere se revelaron a Faraday con toda claridad: la conexión entre la corriente eléctrica y el magnetismo. Después de todo, el primer devanado al que aplicó corriente se convirtió inmediatamente en un imán. Si lo consideramos como un imán, entonces el experimento del 29 de agosto mostró que el magnetismo parece dar lugar a la electricidad. Solo dos cosas permanecieron extrañas en este caso: ¿por qué disminuyó rápidamente el aumento de electricidad cuando el electroimán se encendió? Además, ¿por qué aparece la sobretensión cuando se apaga el imán?
Al día siguiente, 30 de agosto, una nueva serie de experimentos. El efecto es claramente pronunciado, pero sin embargo completamente incomprensible.
Faraday siente que el descubrimiento está cerca.
“Ahora estoy nuevamente comprometido con el electromagnetismo y creo que he atacado algo bueno, pero aún no puedo confirmarlo. Es muy posible que después de todo mi trabajo eventualmente saque algas en lugar de pescado ".
A la mañana siguiente, el 24 de septiembre, Faraday había preparado muchos varios dispositivos, en el que los elementos principales ya no eran bobinados con corriente eléctrica, sino imanes permanentes. ¡Y el efecto también existió! La flecha se desvió e inmediatamente se colocó en su lugar. Este ligero movimiento se produjo durante las manipulaciones más inesperadas con el imán, a veces, al parecer, por accidente.
El próximo experimento es el 1 de octubre. Faraday decide volver al principio, a dos devanados: uno con corriente, el otro, conectado a un galvanómetro. La diferencia con el primer experimento es la ausencia de un anillo de acero, un núcleo. El chapoteo es casi imperceptible. El resultado es trivial. Está claro que un imán con núcleo es mucho más débil que un imán con núcleo. Por tanto, el efecto es menos pronunciado.
Faraday está decepcionado. Durante dos semanas no acude a los instrumentos, pensando en los motivos del fallo.
Faraday sabe de antemano cómo será. La experiencia funciona de manera brillante.
“Tomé una barra magnética cilíndrica (3/4" de diámetro y 8 1/4 "de largo) e inserté un extremo dentro de una bobina de alambre de cobre (220 pies de largo) conectado a un galvanómetro. Luego, con un movimiento rápido, empujé el imán dentro de la espiral en toda su longitud, y la aguja del galvanómetro experimentó un impacto. Luego, con la misma rapidez, saqué el imán de la espiral y la flecha volvió a girar, pero en la dirección opuesta. Este movimiento de la aguja se repitió cada vez que se empujaba o sacaba el imán ".
¡El secreto está en el movimiento del imán! ¡El impulso de la electricidad no está determinado por la posición del imán, sino por el movimiento!
Esto significa que "una onda eléctrica se produce sólo cuando el imán se mueve, y no debido a las propiedades inherentes a él en reposo".
Esta idea es increíblemente fructífera. Si el movimiento del imán en relación con el conductor crea electricidad, entonces, aparentemente, ¡el movimiento del conductor en relación con el imán debería generar electricidad! Además, esta "onda eléctrica" no desaparecerá mientras continúe el movimiento mutuo del conductor y el imán. Esto significa que es posible crear un generador de corriente eléctrica que funcione todo el tiempo que desee, ¡siempre que continúe el movimiento mutuo del cable y el imán!
El 28 de octubre, Faraday instaló un disco de cobre giratorio entre los polos de un imán en forma de herradura, del cual, mediante contactos deslizantes (uno en el eje, el otro en la periferia del disco), fue posible quitar voltaje electrico... Esta fue la primera generador eléctrico creado por manos humanas.
Después de la "epopeya electromagnética", Faraday se vio obligado a detener su trabajo científico- su sistema nervioso estaba tan agotado ...
En Francia y Suiza se llevaron a cabo experimentos similares a los de Faraday, como ya se ha mencionado. Colladon, profesor de la Academia de Ginebra, era un experimentador sofisticado (por ejemplo, realizó mediciones precisas de la velocidad del sonido en el agua del lago de Ginebra). Quizás, temiendo un choque en los instrumentos, él, como Faraday, si era posible, quitó el galvanómetro del resto de la instalación. Muchos argumentaron que Colladon observó los mismos movimientos fugaces de la aguja que Faraday, pero, esperando un efecto más estable y duradero, no dio a estos estallidos "aleatorios" el significado adecuado ...
De hecho, la opinión de la mayoría de los científicos de esa época era que el efecto inverso de "crear electricidad a partir del magnetismo" debería, aparentemente, tener el mismo carácter estacionario que el efecto "directo": "la formación de magnetismo" debido a la corriente eléctrica. La inesperada "fugacidad" de este efecto confundió a muchos, incluido Colladon, y estos muchos pagaron el precio de su sesgo.
También Faraday al principio se sintió avergonzado por la fugacidad del efecto, pero confiaba más en los hechos que en las teorías, y finalmente llegó a la ley. inducción electromagnética... Esta ley les pareció entonces a los físicos defectuosa, fea, extraña, desprovista de lógica interna.
¿Por qué la corriente se excita solo cuando el imán se mueve o la corriente en el devanado cambia?
Nadie entendió esto. Incluso el propio Faraday. Diecisiete años después, Hermann Helmholtz, cirujano militar de veintiséis años de la guarnición provincial de Potsdam, se dio cuenta de esto. En su artículo clásico "Sobre la conservación de la fuerza", él, al formular su ley de conservación de la energía, fue el primero en demostrar que la inducción electromagnética debe existir en esta forma "fea".
El amigo mayor de Maxwell, William Thomson, llegó a esto de forma independiente. También recibió la inducción electromagnética de Faraday de la ley de Ampere, teniendo en cuenta la ley de conservación de la energía.
De modo que la inducción electromagnética "fugaz" adquirió los derechos de ciudadanía y fue reconocida por los físicos.
Pero no encajaba de ninguna manera en los conceptos y analogías del artículo de Maxwell “Sobre el Faraday líneas eléctricas". Y esta fue una falla grave en el artículo. En la práctica, su importancia se redujo a una ilustración del hecho de que las teorías de la acción a corto y largo alcance representan diferentes descripciones matemáticas de los mismos datos experimentales, que las líneas de fuerza de Faraday no contradicen el sentido común. Y es todo. Todo, aunque ya era mucho.
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El fenómeno de la inducción electromagnética fue descubierto por Mile Faraday en 1831. Incluso 10 años antes, Faraday estaba pensando en una forma de convertir el magnetismo en electricidad. Creía que el campo magnético y campo eléctrico debe estar relacionado de alguna manera.
Descubrimiento de la inducción electromagnética
Por ejemplo usando campo eléctrico puedes magnetizar un objeto de hierro. Probablemente, debería existir la posibilidad con la ayuda de un imán de obtener electricidad.
Primero, Faraday descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética en conductores estacionarios entre sí. Cuando apareció una corriente en uno de ellos, también se indujo una corriente en la otra bobina. Además, en el futuro, desapareció y volvió a aparecer solo cuando se apagó la energía de una bobina.
Después de algún tiempo, Faraday demostró experimentalmente que cuando una bobina se movía sin corriente en un circuito con respecto a otro, en cuyos extremos se aplicaba voltaje, también surgía una corriente eléctrica en la primera bobina.
El siguiente experimento fue la introducción de un imán en la bobina, y también apareció una corriente en él. Estos experimentos se muestran en las siguientes figuras.
Faraday formuló la razón principal de la aparición de una corriente en un circuito cerrado. En un circuito conductor cerrado, la corriente surge cuando cambia el número de líneas de inducción magnética que penetran en este circuito.
Cuanto mayor sea este cambio, más fuerte resultará. corriente de inducción... No importa cómo logremos un cambio en el número de líneas de inducción magnética. Por ejemplo, esto se puede hacer moviendo el circuito en un campo magnético no homogéneo, como sucedió en el experimento con un imán o el movimiento de una bobina. Y podemos, por ejemplo, cambiar la intensidad de la corriente en la bobina adyacente al circuito, mientras que el campo magnético creado por esta bobina cambiará.
La redacción de la ley
Resumamos Breve resumen... El fenómeno de la inducción electromagnética es el fenómeno de la aparición de una corriente en un circuito cerrado, cuando el campo magnético en el que se encuentra este circuito.
Para una formulación más precisa de la ley de inducción electromagnética, es necesario introducir un valor que caracterizaría el campo magnético: el flujo del vector de inducción magnética.
Flujo magnético
El vector de inducción magnética se denota con la letra B. Caracterizará el campo magnético en cualquier punto del espacio. Ahora considere un contorno cerrado que limita una superficie con un área S. Lo colocamos en un campo magnético uniforme.
Entre el vector normal a la superficie y el vector de inducción magnética habrá algún ángulo a. El flujo magnético Ф a través de una superficie de área S se llama cantidad física, igual al producto del módulo del vector de inducción magnética por el área de la superficie y el coseno del ángulo entre el vector de inducción magnética y la normal al contorno.
Ф = B * S * cos (a).
El producto B * cos (a) es la proyección del vector B sobre la normal n. Por lo tanto, el formulario para flujo magnético se puede reescribir de la siguiente manera:
La unidad de medida del flujo magnético es weber. Se designa 1 Wb. Un flujo magnético de 1 Vb es creado por un campo magnético con una inducción de 1 T a través de una superficie de 1 m ^ 2, que es perpendicular al vector de inducción magnética.
Inducción electromagnética- Este es un fenómeno que consiste en la ocurrencia de una corriente eléctrica en un conductor cerrado como consecuencia de un cambio en el campo magnético en el que se ubica. Este fenómeno fue descubierto por el físico inglés M. Faraday en 1831. Su esencia puede explicarse mediante unos pocos experimentos sencillos.
Descrito en los experimentos de Faraday principio de obtención corriente alterna utilizado en generadores de inducción que generan energía eléctrica en centrales térmicas o hidroeléctricas. La resistencia a la rotación del rotor del generador que surge de la interacción de la corriente de inducción con el campo magnético es superada por el funcionamiento de una turbina de vapor o hidráulica que hace girar el rotor. Tales generadores convertir la energía mecánica en energía eléctrica .
Corrientes de Foucault o corrientes de Foucault
Si un conductor masivo se coloca en un campo magnético alterno, debido al fenómeno de inducción electromagnética, las corrientes de inducción de Foucault, llamadas Corrientes de Foucault.
Corrientes de Foucault También surgen cuando un conductor masivo se mueve en un campo magnético constante pero no uniforme en el espacio. Las corrientes de Foucault tienen una dirección tal que la fuerza que actúa sobre ellas en un campo magnético ralentiza el movimiento del conductor. Un péndulo en forma de placa de metal sólido hecho de material no magnético, que oscila entre los polos de un electroimán, se detiene abruptamente cuando se enciende el campo magnético.
En muchos casos, el calentamiento provocado por las corrientes de Foucault resulta perjudicial y debe combatirse. Los núcleos de los transformadores, los rotores de los motores eléctricos se reclutan a partir de placas de hierro separadas, separadas por capas de un aislante que evita el desarrollo de grandes corrientes de inducción, y las propias placas están hechas de aleaciones con alta resistividad.
Campo electromagnetico
El campo eléctrico creado por cargas estacionarias es estático y actúa sobre las cargas. La corriente constante provoca la aparición de un campo magnético constante en el tiempo, actuando sobre cargas y corrientes en movimiento. Los campos eléctricos y magnéticos existen en este caso independientemente entre sí.
Fenómeno inducción electromagnética Demuestra la interacción de estos campos, observada en sustancias en las que hay cargas libres, es decir, en conductores. Un campo magnético alterno crea un campo eléctrico alterno que, actuando sobre cargas libres, crea una corriente eléctrica. Esta corriente, al ser alterna, genera a su vez un campo magnético alterno, que crea un campo eléctrico en el mismo conductor, etc.
La combinación de campos eléctricos y magnéticos alternos que se generan entre sí se llama campo electromagnetico ... También puede existir en un entorno donde no hay cargas gratuitas y se propaga en el espacio en la forma onda electromagnética.
Clásico electrodinámica- uno de los mayores logros de la mente humana. Tuvo un gran impacto en el desarrollo posterior de la civilización humana, prediciendo la existencia de ondas electromagnéticas. Esto más tarde condujo a la creación de sistemas de radio, televisión, telecomunicaciones, ayudas a la navegación por satélite, así como computadoras, robots industriales y domésticos y otros atributos de la vida moderna.
La piedra angular Teoría de Maxwell Se afirmó que la fuente de un campo magnético solo puede ser un campo eléctrico alterno, así como un campo magnético alterno sirve como fuente de un campo eléctrico que crea una corriente de inducción en un conductor. En este caso, la presencia de un conductor no es necesaria: el campo eléctrico también surge en el espacio vacío. Las líneas de un campo eléctrico alterno, similares a las líneas de un campo magnético, están cerradas. Los campos eléctricos y magnéticos de una onda electromagnética son iguales.
Inducción electromagnética en diagramas y tablas.
La historia del descubrimiento de la inducción electromagnética. Los descubrimientos de Hans Christian Oersted y André Marie Ampere demostraron que la electricidad tiene una fuerza magnética. Michael Faraday descubrió la influencia de los fenómenos magnéticos en los eléctricos. Hans Christian Oersted André Marie Ampere
Michael Faraday () "Convertir el magnetismo en electricidad" - escribió en su diario en 1822. Físico inglés, fundador de la teoría del campo electromagnético, miembro honorario extranjero de la Academia de Ciencias de San Petersburgo (1830).
Descripción de los experimentos de Michael Faraday Na bloque de madera dos cables de cobre... Uno de los cables estaba conectado a un galvanómetro y el otro a una batería potente. Cuando se cerró el circuito, se observó una acción repentina pero extremadamente débil en el galvanómetro, y la misma acción se observó cuando se cortó la corriente. Con el paso continuo de corriente a través de una de las espirales, no fue posible detectar desviaciones de la aguja del galvanómetro.
Descripción de los experimentos de Michael Faraday. imán permanente... Faraday llamó a estos estallidos "ondas de electricidad".
EMF de inducción EMF de inducción, que causa picos de corriente ("ondas de electricidad") no depende de la magnitud del flujo magnético, sino de la velocidad de su cambio.
1. Determine la dirección de las líneas de inducción del campo externo B (deje N e ingrese S). 2. Determine si el flujo magnético a través del circuito aumenta o disminuye (si el imán se mueve dentro del anillo, entonces Ф> 0, si se mueve hacia afuera, luego Ф 0, si se mueve hacia afuera, luego Ф 0, si se mueve hacia afuera, luego Ф 0, si se mueve hacia afuera, luego Ф 0, si está nominado, entonces Ф 
3. Determine la dirección de las líneas de inducción del campo magnético B creado por la corriente de inducción (si Ф> 0, entonces las líneas B y B se dirigen en direcciones opuestas; si Ф 0, entonces las líneas B y B se dirigen en direcciones opuestas; si Ф 0, entonces las líneas B y B se dirigen en direcciones opuestas; si Ф 0, entonces las líneas B y B se dirigen en direcciones opuestas; si Ф 0, entonces las líneas B y B se dirigen en direcciones opuestas; si Ф 
Preguntas Formular la ley de inducción electromagnética. ¿Quién es el fundador de esta ley? ¿Qué es la corriente de inducción y cómo determinar su dirección? De qué depende Valor EMF¿inducción? ¿El principio de funcionamiento de qué dispositivos eléctricos se basa en la ley de inducción electromagnética?
Antes de responder a la pregunta de quién descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética, consideremos cuál era la situación en ese momento en el mundo científico en el área de especialización pertinente. Inaugurado en 1820 por H.K. Oersted el campo magnético alrededor de un cable con una corriente provocó una amplia resonancia en los círculos científicos. Ha habido muchos experimentos en el campo de la electricidad. La idea de la rotación electromagnética alrededor de un conductor con corriente fue propuesta por Wollaston. M. Faraday llegó a esta idea él mismo y creó el primer modelo de un motor eléctrico en 1821. El científico proporcionó la acción de la corriente en un polo del imán, con la ayuda de un contacto de mercurio, se dio cuenta de la rotación continua del imán alrededor del conductor con corriente. Fue entonces cuando M. Faraday en su diario formuló la siguiente tarea: convertir el magnetismo en electricidad. Fueron necesarios casi diez años para resolver este problema. Recién en noviembre de 1831 M. Faraday comenzó a publicar sistemáticamente los resultados de su investigación sobre este tema. Experimentos clásicos de Faraday sobre la detección del fenómeno de inducción electromagnética del acero:
Primera experiencia:
Se toma un galvanómetro, que está cerrado a un solenoide. Se inserta o extiende un imán permanente en el solenoide. Cuando el imán se mueve, se observa la desviación de la aguja del galvanómetro, que muestra la aparición de la corriente de inducción. En este caso, cuanto mayor sea la velocidad de movimiento del imán en relación con la bobina, mayor será la desviación de la flecha. Si se cambian los polos del imán, la dirección de deflexión de la flecha del galvanómetro cambiará. Debe decirse que en una variación de este experimento, el imán se puede hacer estacionario y el solenoide se puede mover en relación con el imán.
Segunda experiencia:
Hay dos bobinas. Uno se inserta en el otro. Los extremos de una bobina están conectados al galvanómetro. Se pasa una corriente eléctrica a través de la otra bobina. La flecha del galvanómetro se desvía en el momento de encender (apagar) la corriente, cambiarla (aumentar o disminuir), o cuando las bobinas se mueven una en relación con la otra. En este caso, la dirección de deflexión de la flecha del galvanómetro es opuesta cuando se enciende y apaga la corriente (decreciente - creciente).
Después de resumir sus experimentos, M. Faraday concluyó que la corriente de inducción aparece siempre que cambia el flujo de inducción magnética acoplado al circuito. Además, se encontró que la magnitud de la corriente de inducción no depende de la forma en que cambia el flujo magnético, sino que está determinada por la velocidad de su cambio. En sus experimentos, M. Faraday demostró que el ángulo de deflexión de la aguja del galvanómetro depende de la velocidad del imán (o la tasa de cambio en la intensidad de la corriente o la velocidad de las bobinas). Y así, los resultados de los experimentos de Faraday en esta área se pueden resumir de la siguiente manera:
La fuerza electromotriz de inducción aparece cuando cambia el flujo magnético (consulte la página "" para obtener más detalles).
La conexión establecida por M. Faraday entre la electricidad y el magnetismo Maxwell la anotó en forma matemática. En la actualidad, conocemos este registro como la ley de inducción electromagnética (ley de Faraday) (p. "").