Jauns attīstības periods fiziskā zinātne sākas ar Faradeja izcilo atklājumu elektromagnētiskā indukcija. Tieši šajā atklājumā skaidri izpaudās zinātnes spēja bagātināt tehnoloģiju ar jaunām idejām. Jau pats Faradejs, pamatojoties uz savu atklājumu, paredzēja elektromagnētisko viļņu pastāvēšanu. 1832. gada 12. martā viņš aizzīmogoja aploksni ar uzrakstu "Jauni skati, tagad jāglabā aizzīmogotā aploksnē Karaliskās biedrības arhīvā". Šī aploksne tika atvērta 1938. gadā. Izrādījās, ka Faradejs diezgan skaidri saprata, ka indukcijas darbības izplatās ar ierobežotu ātrumu viļņu veidā. "Es uzskatu, ka ir iespējams piemērot svārstību teoriju elektriskās indukcijas izplatībai," rakstīja Faradejs. Vienlaikus viņš norādīja, ka «magnētiskā efekta izplatīšanās prasa laiku, tas ir, magnētam iedarbojoties uz citu tālu magnētu vai dzelzs gabalu, ietekmējošais cēlonis (ko es atļaušos saukt par magnētismu) izplatās. no magnētiskajiem ķermeņiem pakāpeniski un tā izplatībai nepieciešams noteikts laiks , kas acīmredzot izrādīsies ļoti mazs.Uzskatu arī, ka elektriskā indukcija izplatās tieši tādā pašā veidā.Uzskatu, ka magnētisko spēku izplatīšanās no plkst. magnētiskais pols līdzīgi kā satraukta vilcināšanās ūdens virsma vai ieslēgts skaņas vibrācijas gaisa daļiņas.
Faradejs saprata savas idejas nozīmi un, nevarēdams to eksperimentāli pārbaudīt, ar šīs aploksnes palīdzību nolēma "nodrošināt atklājumu sev un tādējādi iegūt tiesības eksperimentāla apstiprinājuma gadījumā paziņot šo datumu. viņa atklāšanas datums." Tātad 1832. gada 12. martā cilvēce pirmo reizi nonāca pie idejas par eksistenci. elektromagnētiskie viļņi. No šī datuma sākas atklājumu vēsture radio.
Bet Faradeja atklājums bija nozīmi ne tikai tehnoloģiju vēsturē. Tam bija milzīga ietekme uz zinātniskā pasaules uzskata attīstību. Kopš šī atklājuma fizikā ienāk jauns objekts - fiziskais lauks. Tādējādi Faradeja atklājums pieder pie tiem fundamentālajiem zinātniskie atklājumi kas atstāj manāmas pēdas visā cilvēces kultūras vēsturē.
Londonas kalēja dēls grāmatsējējs dzimis Londonā 1791. gada 22. septembrī. Spožajam autodidaktam pat nebija iespējas finišēt pamatskola un pats pavēra ceļu zinātnei. Studējot grāmatu iesiešanu, viņš lasīja grāmatas, īpaši par ķīmiju ķīmiskie eksperimenti. Klausoties slavenā ķīmiķa Deivija publiskās lekcijas, viņš beidzot pārliecinājās, ka viņa aicinājums ir zinātne, un vērsās pie viņa ar lūgumu pieņemt darbā Karaliskajā institūtā. No 1813. gada, kad Faradejs tika uzņemts institūtā par laborantu, un līdz pat savai nāvei (1867. gada 25. augusts), viņš dzīvoja zinātnē. Jau 1821. gadā, kad Faradejs saņēma elektromagnētisko rotāciju, viņš par savu mērķi izvirzīja "magnētismu pārvērst elektrībā". Desmit meklējumu un smaga darba gadi vainagojās ar elektromagnētiskās indukcijas atklāšanu 1871. gada 29. augustā.
"Divsimt trīs pēdas vara stieples vienā gabalā tika uztītas uz lielas koka trumuļas; vēl divi simti trīs pēdas no tā paša stieples tika izolētas spirālē starp pirmā tinuma pagriezieniem, metāliskais kontakts tika noņemts ar līdzekļiem. no vada.Viena no šīm spirālēm bija savienota ar galvanometru, bet otra ar labi uzlādētu akumulatoru simts pāru četrcollu kvadrātcollu plākšņu, ar dubultām vara plāksnēm.Kad tika izveidots kontakts, bija īslaicīga, bet ļoti neliela ietekme uz galvanometru, un līdzīgs vājš efekts radās, kad tika atvērts kontakts ar akumulatoru. Tā Faradejs aprakstīja savu pirmo pieredzi strāvu inducēšanā. Šo indukciju viņš sauca par sprieguma-elektrisko indukciju. Tālāk viņš apraksta savu galveno pieredzi ar dzelzs gredzenu, modernā prototipu transformators.
"No apaļa mīksta dzelzs stieņa tika metināts gredzens; metāla biezums bija septiņas astotdaļas collas, un ārējais diametrs gredzeni - sešas collas. Uz vienas šī gredzena daļas bija uztītas trīs spirāles, katrā no kurām bija apmēram divdesmit četras pēdas vara stieples, viena divdesmitā daļa collas biezas. Spoles bija izolētas no dzelzs un viena no otras..., aizņemot apmēram deviņas collas visā gredzena garumā.Tās varēja izmantot atsevišķi un kopā; šī grupa ir apzīmēta ar A. Gredzena otrā daļā tādā pašā veidā tika uztīts apmēram sešdesmit pēdas no vienas un tās pašas vara stieples divos gabalos, kas veidoja spirāli B, kuras virziens ir tāds pats kā spirālēm A, bet atdalītas no tām. katrā galā apmēram puscollu ar pliku dzelzi.
Savienota spirāle B vara vadi ar galvanometru, kas novietots trīs pēdu attālumā no gludekļa. Atsevišķas spoles tika savienotas no gala līdz galam, lai izveidotu kopēju spirāli, kuras galus savienoja ar akumulatoru, kurā bija desmit pāri četru kvadrātcollu plākšņu. Galvanometrs reaģēja nekavējoties un daudz spēcīgāk, nekā tika novērots, kā aprakstīts iepriekš, izmantojot desmit reizes jaudīgāku spirāli, bet bez dzelzs; tomēr, neskatoties uz kontakta uzturēšanu, darbība apstājās. Kad kontakts ar akumulatoru tika atvērts, bultiņa atkal stipri novirzījās, bet pretējā virzienā nekā pirmajā gadījumā.
Faradejs tālāk pētīja dzelzs ietekmi ar tiešu pieredzi, dobā spoles iekšpusē ievietojot dzelzs stieni, šajā gadījumā "inducētā strāva ļoti spēcīgi ietekmēja galvanometru. spēcīga darbība". "Līdzīga darbība pēc tam tika iegūta ar parasto palīdzību magnēti". Faradejs nosauca šo darbību magnetoelektriskā indukcija, pieņemot, ka voltiskās un magnetoelektriskās indukcijas būtība ir vienāda.
Visi aprakstītie eksperimenti veido Faradeja klasiskā darba pirmās un otrās sadaļas saturu. Eksperimentālie pētījumi par elektrību", sācies 1831. gada 24. novembrī. Šīs sērijas trešajā sadaļā "Par vielu jauno elektrisko stāvokli" Faradejs pirmo reizi mēģina aprakstīt jaunās ķermeņu īpašības, kas izpaužas elektromagnētiskajā indukcijā. Viņš šo īpašību sauc viņš atklāja "elektronisko stāvokli". Šis ir pirmais idejas lauka dīglis, ko vēlāk izveidoja Faradejs un pirmo reizi precīzi formulēja Maksvels. Pirmās sērijas ceturtā sadaļa ir veltīta Arago fenomena izskaidrošanai. Faradejs pareizi klasificē šo parādību kā indukcijas parādību un ar šīs parādības palīdzību cenšas "iegūt jaunu elektrības avotu".Kad vara disks pārvietojas starp magnēta poliem, viņš galvanometrā ieguva strāvu, izmantojot bīdāmos kontaktus.Tas bija pirmais. Dinamo mašīna. Faradejs apkopo savu eksperimentu rezultātus sekojoši vārdi: "Tādējādi tika parādīts, ka ar parastā magnēta palīdzību ir iespējams izveidot pastāvīgu elektrības strāvu." No saviem eksperimentiem par indukciju kustīgos vadītājos Faradejs secināja attiecības starp magnēta polu, kustīgo vadītāju un inducētās strāvas virzienu, t.i., "likumu, kas regulē elektroenerģijas ražošanu, izmantojot magnetoelektrisko indukciju". Sava pētījuma rezultātā Faradejs konstatēja, ka "spēja inducēt strāvas izpaužas aplī ap magnētisko rezultāta asi vai spēka asi tieši tāpat kā magnētisms, kas atrodas ap apli, rodas ap elektrisko strāvu un tiek uztverts ar to". *.
* (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 57. lpp.)
Citiem vārdiem sakot, ap mainīgo magnētiskā plūsma ir virpulis elektriskais lauks, tāpat kā virpuļa magnētiskais lauks rodas ap elektrisko strāvu. Šo fundamentālo faktu Maksvels vispārināja divu elektromagnētiskā lauka vienādojumu veidā.
Elektromagnētiskās indukcijas parādību, jo īpaši Zemes magnētiskā lauka induktīvās darbības, izpēte ir veltīta arī otrajai "Izmeklējumu" sērijai, kas tika uzsākta 1832. gada 12. janvārī. Trešā sērija, kas sākās 1833. gada 10. janvārī, Faradejs velta identitātes pierādīšanai dažāda veida elektrība: elektrostatiskā, galvaniskā, dzīvnieku, magnetoelektriskā (tas ir, iegūta ar elektromagnētiskās indukcijas palīdzību). Faradejs nonāca pie secinājuma, ka elektrība saņemta Dažādi ceļi, kvalitatīvi tas pats, darbību atšķirība ir tikai kvantitatīva. Tas bija pēdējais trieciens jēdzienam par dažādiem "šķidrumiem" sveķu un stikla elektrība, galvanisms, dzīvnieku elektrība. Elektrība izrādījās viena, bet polāra vienība.
Ļoti svarīga ir Faradeja "Izmeklējumu" piektā sērija, kas sākās 1833. gada 18. jūnijā. Šeit Faradejs sāk savus elektrolīzes pētījumus, kas lika viņam izveidot slavenos likumus, kas nes viņa vārdu. Šie pētījumi tika turpināti septītajā sērijā, kas sākās 1834. gada 9. janvārī. Šajā pēdējā sērijā Faradejs ierosina jaunu terminoloģiju: viņš ierosina saukt stabus, kas piegādā elektrolītam strāvu. elektrodi, izsauciet pozitīvo elektrodu anods, un negatīvais katods, nogulsnētās vielas daļiņas, kas iet uz anodu, kuru viņš sauc anjoni, un daļiņas, kas iet uz katodu - katjoni. Turklāt viņam pieder noteikumi elektrolīts noārdāmām vielām, joni Un elektroķīmiskie ekvivalenti. Visi šie termini zinātnē ir stingri ievēroti. Faradejs no atrastajiem likumiem izdara pareizo secinājumu, ka var runāt par dažiem absolūtais daudzums elektrība, kas saistīta ar parastās vielas atomiem. "Lai gan mēs neko nezinām par to, kas ir atoms," raksta Faradejs, "mēs neviļus iedomājamies kādu mazu daļiņu, kas parādās mūsu prātā, kad mēs par to domājam; tomēr tādā pašā vai pat lielākā neziņā mēs esam attiecībā uz elektrību, mēs pat nevar pateikt, vai tā ir īpaša matērija vai vielas, vai vienkārši parastās matērijas kustība, vai cita veida spēka vai aģenta forma; tomēr ir ļoti daudz faktu, kas liek domāt, ka atomi matērija ir kaut kādā veidā apveltīta ar elektriskiem spēkiem vai ir saistīta ar tiem, un tiem ir jāpateicas par savām visievērojamākajām īpašībām, tostarp ķīmisko radniecību vienam pret otru.
* (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 335. lpp.)
Tādējādi Faradejs skaidri izteica domu par matērijas "elektrifikāciju", elektrības atomu struktūru un elektrības atomu vai, kā Faraday saka, "elektrības absolūtais daudzums" ir "kā noteikts tās darbībā, tāpat kā jebkura no šos daudzumus kas, paliekot saistīti ar matērijas daļiņām, informē tās par to ķīmiskā afinitāte. Elementāri elektriskais lādiņš, kā parādīja fizikas tālākā attīstība, patiešām var noteikt no Faradeja likumiem.
Liela nozīme bija Faradeja "Izmeklējumu" devītajai sērijai. Šī sērija, kas sākās 1834. gada 18. decembrī, aplūkoja pašindukcijas parādības, aizvēršanās un atvēršanas papildu strāvu. Faradejs, aprakstot šīs parādības, norāda, ka, lai gan tām ir pazīmes inerce, tomēr pašindukcijas fenomenu no mehāniskās inerces atšķir tas, ka tie ir atkarīgi no veidlapas diriģents. Faradejs atzīmē, ka "papildu strāva ir identiska ... inducētajai strāvai" * . Tā rezultātā Faradejam radās priekšstats par indukcijas procesa ļoti plašo nozīmi. Savu studiju vienpadsmitajā sērijā, kas sākās 1837. gada 30. novembrī, viņš norāda: "Visvairāk spēlē indukcija kopīga loma visā elektriskās parādības, acīmredzot piedalās katrā no tiem, un patiesībā tam ir pirmā un būtiskā sākuma iezīmes "**. Jo īpaši, saskaņā ar Faradeju, jebkurš uzlādes process ir indukcijas process, aizspriedums pretēji lādiņi: "vielas nevar uzlādēt absolūti, bet tikai relatīvi, saskaņā ar likumu, kas ir identisks indukcijai. Katru lādiņu atbalsta indukcija. Visas parādības spriegums ietver indukciju sākumu" ***. Šo Faradeja apgalvojumu nozīme ir tāda, ka jebkuru elektrisko lauku ("sprieguma fenomenu" - Faradeja terminoloģijā) obligāti pavada indukcijas process vidē ("pārvietošana" - Maksvela vēlāk terminoloģija). Šo procesu nosaka vides īpašības, tās "induktivitāte" Faraday terminoloģijā vai "permitivitāte" mūsdienu terminoloģijā. Faradeja pieredze ar sfērisku kondensatoru noteica vairāku vielu caurlaidību attiecībā pret gaisu. Šie eksperimenti nostiprināja Faradeju idejā par vides būtisko lomu elektromagnētiskajos procesos.
* (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 445. lpp.)
** (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 478. lpp.)
*** (M. Faradejs, Eksperimentālie pētījumi par elektrību, I sēj., Ed. AN SSSR, 1947, 487. lpp.)
Elektromagnētiskās indukcijas likumu būtiski attīstīja Sanktpēterburgas akadēmijas krievu fiziķis Emīls Krištianovičs Lencs(1804-1865). 1833. gada 29. novembrī Lencs ziņoja Zinātņu akadēmijai par savu pētījumu "Par elektrodinamiskās indukcijas ierosināto galvanisko strāvu virziena noteikšanu". Lencs parādīja, ka Faradeja magnetoelektriskā indukcija ir cieši saistīta ar Ampēra elektromagnētiskajiem spēkiem. "Priekšlikums, ar kuru magnetoelektriskā parādība tiek reducēta uz elektromagnētisko, ir šāds: ja metāla vadītājs pārvietojas galvaniskās strāvas vai magnēta tuvumā, tad galvaniskā strāva tajā tiek ierosināta tādā virzienā, ka, ja šis vadītājs būtu nekustīgs, tad strāva varētu izraisīt tā kustību pretējā virzienā; tiek pieņemts, ka vadītājs miera stāvoklī var pārvietoties tikai kustības virzienā vai pretējā virzienā" * .
* (E. X. Lencs, Izvēlētie darbi, Ed. AN SSSR, 1950, 148.-149.lpp.)
Šis Lenca princips atklāj indukcijas procesu enerģiju un spēlēja nozīmīgu lomu Helmholca darbā pie enerģijas nezūdamības likuma izveidošanas. Pats Lencs no sava valdīšanas atvasināja elektrotehnikā labi zināmo elektromagnētisko mašīnu atgriezeniskuma principu: ja pagriež spoli starp magnēta poliem, tā ģenerē strāvu; gluži pretēji, ja uz to tiek nosūtīta strāva, tā griezīsies. Elektromotoru var pārvērst par ģeneratoru un otrādi. Pētot magnetoelektrisko mašīnu darbību, Lencs 1847. gadā atklāj armatūras reakciju.
1842.-1843.gadā. Lencs izstrādāja klasisku pētījumu "Par siltuma ģenerēšanas likumiem ar galvanisko strāvu" (ziņots 1842. gada 2. decembrī, publicēts 1843. gadā), ko viņš sāka ilgi pirms Džoula līdzīgiem eksperimentiem (Džoula vēstījums parādījās 1841. gada oktobrī) un turpināja, neskatoties uz publikāciju Džouls, "jo pēdējo eksperimenti var sastapties ar dažiem pamatotiem iebildumiem, kā jau ir parādījis mūsu kolēģis akadēmiķa Hesa kungs" * . Lencs mēra strāvas stiprumu, izmantojot pieskares kompasu - ierīci, ko izgudroja Helsingfortas profesors Johans Nervanders (1805-1848), un viņa ziņojuma pirmajā daļā viņš pēta šo ierīci. Otrajā daļā "Siltuma izdalīšanās vados", kas tika ziņots 1843. gada 11. augustā, viņš nonāk pie sava slavenā likuma:
- "
- Vada sildīšana ar galvanisko strāvu ir proporcionāla stieples pretestībai.
- Vada sildīšana ar galvanisko strāvu ir proporcionāla apkurei izmantotās strāvas kvadrātam "**.
* (E. X. Lencs, Izvēlētie darbi, Ed. AN SSSR, 1950, 361. lpp.)
** (E. X. Lencs, Izvēlētie darbi, Ed. AN SSSR, 1950, 441. lpp.)
Džoula-Lenca likumam bija liela nozīme enerģijas nezūdamības likuma izveidē. Visa elektrisko un magnētisko parādību zinātnes attīstība noveda pie idejas par dabas spēku vienotību, pie idejas par šo "spēku" saglabāšanu.
Gandrīz vienlaikus ar Faradeju kāds amerikāņu fiziķis novēroja elektromagnētisko indukciju. Džozefs Henrijs(1797-1878). Henrijs izgatavoja lielu elektromagnētu (1828), kas, izmantojot zemas pretestības galvanisko elementu, izturēja 2000 mārciņu slodzi. Faradejs piemin šo elektromagnētu un norāda, ka ar tā palīdzību atverot iespējams iegūt spēcīgu dzirksteli.
Henrijs pirmo reizi (1832) novēroja pašindukcijas fenomenu, un viņa prioritāti iezīmē pašindukcijas vienības nosaukums "henrijs".
1842. gadā Henrijs nodibināja oscilējošs raksturs Leidenes burkas izlāde. Tievā stikla adata, ar kuru viņš pētīja šo parādību, tika magnetizēta ar dažādām polaritātēm, bet izlādes virziens palika nemainīgs. "Izlāde neatkarīgi no tā rakstura," secina Henrijs, "nav attēlota (izmantojot Franklina teoriju. - P. K.) kā vienreizēja bezsvara šķidruma pārnešana no vienas plāksnes uz otru; atklātā parādība liek atzīt galvenās eksistenci. izlāde vienā virzienā, un tad vairākas dīvainas kustības atpakaļ un uz priekšu, katra vājāka par iepriekšējo, turpinot, līdz tiek sasniegts līdzsvars.
Indukcijas parādības kļūst par vadošo tēmu fiziskajos pētījumos. 1845. gadā vācu fiziķis Francs Noimanis(1798-1895) sniedza matemātisko izteiksmi indukcijas likums, apkopojot Faradeja un Lenca pētījumus.
Indukcijas elektromotora spēku Neimans izteica kā kādas funkcijas, kas inducē strāvu, laika atvasinājumu un mijiedarbojošo strāvu savstarpējo konfigurāciju. Neimans sauca šo funkciju elektrodinamiskais potenciāls. Viņš arī atrada izteiksmi savstarpējās indukcijas koeficientam. Savā esejā "Par spēka saglabāšanu" 1847. gadā Helmholcs Neimana izteicienu elektromagnētiskās indukcijas likumam atvasina no enerģijas apsvērumiem. Tajā pašā esejā Helmholcs apgalvo, ka kondensatora izlāde nav "... vienkārša elektrības kustība vienā virzienā, bet ... tās plūsma vienā vai otrā virzienā starp divām plāksnēm svārstību veidā, kas kļūst arvien mazāks un mazāks, līdz beidzot viss dzīvais spēks tiek iznīcināts pretestību summas rezultātā.
1853. gadā Viljams Tomsons(1824-1907) deva matemātiskā teorija kondensatora oscilācijas izlāde un noteica svārstību perioda atkarību no svārstību ķēdes parametriem (Tomsona formula).
1858. gadā P. Blaserna(1836-1918) veica eksperimentālu elektrisko svārstību rezonanses līkni, pētot izlādi izraisošas ķēdes darbību, kas satur kondensatora bloku un noslēdz vadītājus sānu ķēdē ar mainīgu inducētā vadītāja garumu. Tajā pašā 1858. g Vilhelms Feddersens(1832-1918) novēroja Leidenas burkas dzirksteles izlādi rotējošā spogulī un 1862. gadā fotografēja dzirksteles izlādes attēlu rotējošā spogulī. Tādējādi izlādes oscilējošais raksturs tika noteikts pilnīgi skaidri. Tajā pašā laikā tika eksperimentāli pārbaudīta Thomsona formula. Tādējādi, soli pa solim, doktrīna par elektriskās svārstības, kas veido maiņstrāvas elektrotehnikas un radiotehnikas zinātnisko pamatu.
>> Elektromagnētiskās indukcijas atklāšana
2. nodaļa. ELEKTROMAGNĒTISKĀ INDUKCIJA
Līdz šim mēs esam apsvēruši elektriskos un magnētiskos laukus, kas laika gaitā nemainās. Tika konstatēts, ka elektrostatisko lauku rada nekustīgas uzlādētas daļiņas, bet magnētisko lauku rada kustīgas, t.i., elektriskā strāva. Tagad iepazīsimies ar elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem, kas laika gaitā mainās.
Vissvarīgākais atklātais fakts ir visciešākā saikne starp elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem. Izrādījās, ka laikā mainīgs magnētiskais lauks rada elektrisko lauku, un mainīgs elektriskais lauks rada magnētisko lauku. Bez šīs saiknes starp laukiem, izpausmju daudzveidība elektromagnētiskie spēki tas nebūtu tik plašs, kā tas patiesībā ir. Nebūtu ne radioviļņu, ne gaismas.
8.§ ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS ATKLĀŠANA
1821. gadā M. Faradejs savā dienasgrāmatā rakstīja: "Pārvērtiet magnētismu elektrībā." Pēc 10 gadiem viņš šo problēmu atrisināja.
Nav nejaušība, ka pirmo, izšķirošo soli jaunu elektromagnētiskās mijiedarbības īpašību atklāšanā spēris ideju par elektromagnētisko lauku pamatlicējs M. Faradejs, kurš bija pārliecināts par elektrisko un magnētisko parādību vienotību. Pateicoties tam, viņš veica atklājumu, kas kļuva par pamatu visu pasaules spēkstaciju ģeneratoru projektēšanai, kas pārvērš mehānisko enerģiju elektriskās strāvas enerģijā. (Avoti, kas darbojas pēc citiem principiem: galvaniskie elementi, akumulatori utt., nodrošina nenozīmīgu daļu no saražotās elektroenerģijas.)
Elektriskā strāva, apgalvoja M. Faradejs, spēj magnetizēt dzelzs gabalu. Vai magnēts savukārt var izraisīt elektrisko strāvu? Ilgu laikušo savienojumu nevarēja atrast. Grūti bija izdomāt galveno, proti: kustīgs magnēts jeb laikā mainīgs magnētiskais lauks var ierosināt elektrisko strāvu spolē.
Kādi negadījumi varētu novērst atklāšanu, liecina šāds fakts. Gandrīz vienlaikus ar Faradeju Šveices fiziķis Koladons mēģināja iegūt elektrisko strāvu spolē, izmantojot magnētu. Savā darbā viņš izmantoja galvanometru, kura gaismas magnētiskā adata tika ievietota ierīces spoles iekšpusē. Lai magnēts tieši neiedarbotos uz adatu, spoles galus, kur Koladons ievietoja magnētu, cerot tajā dabūt strāvu, novadīja blakus telpā un savienoja tur ar galvanometru. Ievietojis magnētu spolē, Koladons iegāja blakus istabā un bija vīlies, pārliecinājies, ka galvanometrs nerāda strāvu. Ja tikai viņš varētu visu laiku skatīties galvanometru un lūgt kādam strādāt pie magnēta, tiktu izdarīts ievērojams atklājums. Bet tas nenotika. Magnēts miera stāvoklī attiecībā pret spoli nerada tajā strāvu.
Nodarbības saturs nodarbības kopsavilkums atbalsta rāmis nodarbības prezentācijas akseleratīvas metodes interaktīvās tehnoloģijas Prakse uzdevumi un vingrinājumi pašpārbaudes darbnīcas, apmācības, gadījumi, uzdevumi mājasdarbi diskusijas jautājumi retoriski jautājumi no studentiem Ilustrācijas audio, video klipi un multivide fotogrāfijas, attēli, grafika, tabulas, shēmas, humors, anekdotes, joki, komiksi līdzības, teicieni, krustvārdu mīklas, citāti Papildinājumi tēzes raksti mikroshēmas zinātkāriem apkrāptu lapas mācību grāmatas pamata un papildu terminu glosārijs cits Mācību grāmatu un stundu pilnveidošanakļūdu labošana mācību grāmatā Inovācijas elementu fragmenta atjaunināšana mācību grāmatā mācību stundā novecojušo zināšanu aizstāšana ar jaunām Tikai skolotājiem ideālas nodarbības kalendārais plāns gadam vadlīnijas diskusiju programmas Integrētās nodarbībasAtbilde:
Nākamais svarīgais solis elektrodinamikas attīstībā pēc Ampēra eksperimentiem bija elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšana. Angļu fiziķis Maikls Faradejs (1791 - 1867) atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu.
Faradejs, vēl jauns zinātnieks, tāpat kā Orsteds, domāja, ka visi dabas spēki ir savstarpēji saistīti un turklāt spēj pārveidoties viens otrā. Interesanti, ka Faradejs izteica šo ideju jau pirms enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma izveidošanas. Faradejs zināja par Ampera atklāšanu, ka viņš, tēlaini izsakoties, pārvērta elektrību magnētismā. Pārdomājot šo atklājumu, Faradejs nonāca pie secinājuma, ka, ja "elektrība rada magnētismu", tad otrādi, "magnētismam ir jārada elektrība". Un tālajā 1823. gadā viņš savā dienasgrāmatā rakstīja: "Pārvērtiet magnētismu elektrībā." Astoņus gadus Faradejs strādāja pie problēmas risināšanas. Ilgu laiku viņu vajāja neveiksmes, un, visbeidzot, 1831. gadā viņš to atrisināja - atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu.
Pirmkārt, Faradejs atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu gadījumam, kad spoles ir uztītas uz viena cilindra. Ja vienā spolē rodas vai pazūd elektriskā strāva galvaniskā akumulatora pieslēgšanas vai atvienošanas rezultātā, tad otrā spolē tajā brīdī parādās īslaicīga strāva. Šo strāvu nosaka galvanometrs, kas ir savienots ar otro spoli.
Tad arī Faradejs nodibināja klātbūtni indukcijas strāva spolē, kad tuvojās vai no tās tika izņemta spole, kurā plūda elektriskā strāva.
visbeidzot, trešais elektromagnētiskās indukcijas gadījums, ko atklāja Faradejs, bija tāds, ka spolē parādījās strāva, kad tajā tika ievietots vai izņemts magnēts.
Faradeja atklājums piesaistīja daudzu fiziķu uzmanību, kuri arī sāka pētīt elektromagnētiskās indukcijas fenomena iezīmes. Nākamais uzdevums bija uzstādīt vispārējās tiesības elektromagnētiskā indukcija. Bija jānoskaidro, kā un no kā ir atkarīgs induktīvās strāvas stiprums vadītājā vai no kā atkarīga indukcijas elektromotora spēka vērtība vadītājā, kurā tiek inducēta elektriskā strāva.
Šis uzdevums izrādījās grūts. Vēlāk Faradejs un Maksvels to pilnībā atrisināja doktrīnas ietvaros, ko viņi izstrādāja par elektromagnētisko lauku. Taču to mēģināja atrisināt arī fiziķi, kuri pieturējās pie tā laika elektrisko un magnētisko parādību doktrīnā izplatītās tāldarbības teorijas.
Kaut kas šiem zinātniekiem izdevās. Tajā pašā laikā viņiem palīdzēja Sanktpēterburgas akadēmiķa Emīla Krištianoviča Lenca (1804 - 1865) atklātais noteikums indukcijas strāvas virziena atrašanai dažādos gadījumos elektromagnētiskā indukcija. Lencs to formulēja šādi: “Ja metāla vadītājs pārvietojas tuvu galvaniskajai strāvai vai magnētam, tad galvaniskā strāva tajā tiek ierosināta tādā virzienā, ka, ja šis vadītājs būtu nekustīgs, tad strāva varētu izraisīt tā kustību pretējā virzienā. virziens; tiek pieņemts, ka vadītājs miera stāvoklī var pārvietoties tikai kustības virzienā vai pretējā virzienā.
Šis noteikums ir ļoti ērts, lai noteiktu induktīvās strāvas virzienu. Mēs to lietojam arī tagad, tikai tagad tas ir formulēts nedaudz savādāk, ar elektromagnētiskās indukcijas jēdziena apglabāšanu, ko Lencs neizmantoja.
Bet vēsturiski Lenca valdīšanas galvenā nozīme bija tā, ka tas radīja ideju par to, kā tuvoties elektromagnētiskās indukcijas likuma atrašanai. Fakts ir tāds, ka atoma noteikumā tiek izveidots savienojums starp elektromagnētisko indukciju un strāvu mijiedarbības fenomenu. Jautājumu par straumju mijiedarbību jau atrisināja Ampērs. Tāpēc šī savienojuma izveide sākotnēji ļāva noteikt indukcijas elektromotora spēka izteiksmi vadītājā vairākiem īpašiem gadījumiem.
IN vispārējs skats elektromagnētiskās indukcijas likumu, kā mēs par to teicām, izveidoja Faradejs un Maksvels.
Elektromagnētiskā indukcija - elektriskās strāvas parādība slēgtā ķēdē, kad mainās magnētiskā plūsma, kas iet caur to.
Elektromagnētisko indukciju 1831. gada 29. augustā atklāja Maikls Faradejs. Viņš atklāja, ka elektromotora spēks, kas rodas slēgtā vadošā ķēdē, ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam caur virsmu, ko ierobežo šī ķēde. Elektromotora spēka (EMF) lielums nav atkarīgs no tā, kas izraisa plūsmas izmaiņas - izmaiņas pašā magnētiskajā laukā vai ķēdes (vai tā daļas) pārvietošanos magnētiskajā laukā. Šī EML radīto elektrisko strāvu sauc par indukcijas strāvu.
Pašindukcija - indukcijas EML rašanās slēgtā vadošā ķēdē, kad mainās caur ķēdi plūstošā strāva.
Mainoties strāvas stiprumam ķēdē, proporcionāli mainās arī magnētiskā plūsma caur virsmu, ko ierobežo šī ķēde. Šīs magnētiskās plūsmas izmaiņas elektromagnētiskās indukcijas likuma dēļ šajā ķēdē izraisa induktīvas EML ierosmi.
Šo parādību sauc par pašindukciju. (Jēdziens ir saistīts ar savstarpējās indukcijas jēdzienu, kas it kā ir tās īpašais gadījums).
Virziens EML pašindukcija tas vienmēr izrādās tāds, ka, palielinoties strāvai ķēdē, pašindukcijas EMF novērš šo pieaugumu (vērsta pret strāvu), un, kad strāva samazinās, tā samazinās (virzīta kopā ar strāvu). Ar šo īpašību pašindukcijas EMF ir līdzīgs inerces spēkam.
Pirms pirmā releja izveides 1824. gadā anglis Sturgeon izgudroja elektromagnētu - ierīci, kas pārveido uz dzelzs serdeņa uztītas stieples spoles ieejas elektrisko strāvu magnētiskajā laukā, kas tiek radīts šī serdeņa iekšpusē un ārpusē. Magnētiskais lauks tika fiksēts (atklāts) pēc tā ietekmes uz feromagnētisko materiālu, kas atrodas netālu no kodola. Šis materiāls tika piesaistīts elektromagnēta kodolam.
Pēc tam ārējā feromagnētiskā materiāla (armatūras) jēgpilnas kustības elektriskās strāvas enerģijas pārvēršana mehāniskajā enerģijā veidoja dažādu elektromehānisko telekomunikāciju ierīču (telegrāfijas un telefonijas), elektrotehnikas un elektroenerģijas nozares pamatu. Viena no pirmajām šādām ierīcēm bija elektromagnētiskais relejs, ko 1831. gadā izgudroja amerikānis Dž. Henrijs.
Elektromagnētiskā indukcija- šī ir parādība, kas sastāv no elektriskās strāvas rašanās slēgtā vadītājā, mainoties magnētiskajam laukam, kurā tas atrodas. Šo parādību 1831. gadā atklāja angļu fiziķis M. Faradejs. Tās būtību var izskaidrot ar vairākiem vienkāršiem eksperimentiem.
Aprakstīts Faradeja eksperimentos saņemšanas princips maiņstrāva izmanto indukcijas ģeneratoru ģenerēšanai elektriskā enerģija termoelektrostacijās vai hidroelektrostacijās. Ģeneratora rotora rotācijas pretestība, kas rodas, indukcijas strāvai mijiedarbojoties ar magnētisko lauku, tiek pārvarēta, pateicoties tvaika vai hidrauliskās turbīnas darbībai, kas rotē rotoru. Tādi ģeneratori pārveidot mehānisko enerģiju elektroenerģijā .
Virpuļstrāvas vai Fuko straumes
Ja mainīgā magnētiskajā laukā ievieto masīvu vadītāju, tad šajā vadītājā elektromagnētiskās indukcijas fenomena dēļ rodas virpuļindukcijas strāvas, t.s. Fuko straumes.
Virpuļstrāvas rodas arī masīvam vadītājam kustoties pastāvīgā, bet nehomogēnā magnētiskajā laukā telpā. Fuko strāvām ir tāds virziens, ka spēks, kas uz tām iedarbojas magnētiskajā laukā, palēnina vadītāja kustību. Svārsts cietas metāla plāksnes veidā, kas izgatavots no nemagnētiska materiāla, kas svārstās starp elektromagnēta poliem, pēkšņi apstājas, ieslēdzot magnētisko lauku.
Daudzos gadījumos Fuko straumju izraisītā apkure izrādās kaitīga un ar to ir jācīnās. Transformatoru serdeņi, elektromotoru rotori ir izgatavoti no atsevišķām dzelzs plāksnēm, kas atdalītas ar izolatora slāņiem, kas novērš lielu indukcijas strāvu veidošanos, un pašas plāksnes ir izgatavotas no sakausējumiem ar augstu pretestību.
Elektromagnētiskais lauks
Stacionāro lādiņu radītais elektriskais lauks ir statisks un iedarbojas uz lādiņiem. Līdzstrāva izraisa laika konstanta magnētiskā lauka parādīšanos, iedarbojoties uz kustīgiem lādiņiem un strāvām. Elektriskās un magnētiskais lauksšajā gadījumā pastāv neatkarīgi viens no otra.
Fenomens elektromagnētiskā indukcija parāda šo lauku mijiedarbību, kas novērota vielās, kurās ir brīvie lādiņi, t.i., vadītājos. Mainīgs magnētiskais lauks rada mainīgu elektrisko lauku, kas, iedarbojoties uz brīviem lādiņiem, rada elektrisko strāvu. Šī strāva, būdama mainīga, savukārt rada mainīgu magnētisko lauku, kas rada elektrisko lauku tajā pašā vadītājā utt.
Tiek saukta mainīgu elektrisko un mainīgo magnētisko lauku kombinācija, kas rada viens otru elektromagnētiskais lauks . Tas var pastāvēt arī vidē, kur nav brīvu lādiņu, un izplatās telpā formā elektromagnētiskais vilnis.
klasiskais elektrodinamika- viens no augstākajiem cilvēka prāta sasniegumiem. Viņai bija milzīga ietekme uz turpmāko cilvēka civilizācijas attīstību, paredzot elektromagnētisko viļņu esamību. Tas vēlāk noveda pie radio, televīzijas, telekomunikāciju sistēmu, satelītnavigācijas, kā arī datoru, rūpniecisko un sadzīves robotu un citu mūsdienu dzīves atribūtu radīšanas.
stūrakmens Maksvela teorijas bija apgalvojums, ka tikai mainīgs elektriskais lauks var kalpot kā magnētiskā lauka avots, tāpat kā avots elektriskais lauks, radot induktīvo strāvu vadītājā, ir mainīgs magnētiskais lauks. Vadītāja klātbūtne šajā gadījumā nav nepieciešama - elektriskais lauks rodas arī tukšā vietā. Mainīgā elektriskā lauka līnijas, līdzīgi kā magnētiskā lauka līnijas, ir slēgtas. Elektromagnētiskā viļņa elektriskais un magnētiskais lauks ir vienāds.
Elektromagnētiskā indukcija diagrammās un tabulās
1821. gadā Maikls Faradejs savā dienasgrāmatā rakstīja: "Pārvērtiet magnētismu elektrībā." Pēc 10 gadiem viņš šo problēmu atrisināja.
Faradeja atklājums
Nav nejaušība, ka pirmo un vissvarīgāko soli jaunu elektromagnētiskās mijiedarbības īpašību atklāšanā veica elektromagnētiskā lauka ideju pamatlicējs Faradejs. Faradejs bija pārliecināts par elektrisko un magnētisko parādību vienoto raksturu. Neilgi pēc Orsteda atklājuma viņš rakstīja: “... šķiet ļoti neparasti, ka, no vienas puses, jebkuru elektrisko strāvu pavada atbilstošas intensitātes magnētiskā darbība, kas vērsta taisnā leņķī pret strāvu, un ka tajā pašā laikā. laiku labos elektrības vadītājos, kas novietoti šīs darbības sfērā, strāva vispār netika inducēta, nenotika manāma darbība, kas pēc stipruma būtu līdzvērtīga šādai strāvai. Desmit gadu smagais darbs un ticība panākumiem Faradeju noveda pie atklājuma, kas vēlāk veidoja pamatu visu pasaules elektrostaciju ģeneratoru projektēšanai, pārvēršot mehānisko enerģiju elektriskās strāvas enerģijā. (Avoti, kas darbojas pēc citiem principiem: galvaniskie elementi, akumulatori, termo- un fotoelementi - dod nenozīmīgu daļu no saražotās elektriskās enerģijas.)
Ilgu laiku nebija iespējams noteikt saistību starp elektriskajām un magnētiskajām parādībām. Bija grūti iedomāties galveno: tikai laikā mainīgs magnētiskais lauks var ierosināt elektrisko strāvu fiksētā spolē, vai arī pašai spolei jāpārvietojas magnētiskajā laukā.
Elektromagnētiskās indukcijas atklājums, kā Faradejs sauca šo fenomenu, tika atklāts 1831. gada 29. augustā. Rets gadījums, kad ir tik precīzi zināms jauna ievērojama atklājuma datums. Īss apraksts pirmā pieredze, ko sniedza pats Faradejs.
“Brūce uz platas koka spoles vara stieple 203 pēdas garš, un starp tā pagriezieniem ir uztīts tāda paša garuma stieple, bet izolēta no pirmā kokvilnas pavediena. Viena no šīm spirālēm bija savienota ar galvanometru, bet otra ar spēcīgu akumulatoru, kas sastāv no 100 plākšņu pāriem... Kad ķēde tika slēgta, bija iespējams pamanīt pēkšņu, bet ārkārtīgi vāju ietekmi uz galvanometru, un tas pats tika pamanīts, kad strāva apstājās. Ar nepārtrauktu strāvas pāreju caur vienu no spirālēm, neskatoties uz to, nebija iespējams atzīmēt ne ietekmi uz galvanometru, ne vispār nekādu induktīvu ietekmi uz otru spirāli. 5.1
apgalvojot, ka visas ar akumulatoru savienotās spoles sildīšana un dzirksteļu spilgtums, kas izlēca starp oglēm, liecina par akumulatora jaudu.
Tātad sākotnēji indukcija tika atklāta vadītājos, kas ķēdes aizvēršanas un atvēršanas laikā bija nekustīgi viens pret otru. Tad, skaidri saprotot, ka strāvu nesošo vadītāju pietuvināšanai vai noņemšanai ir jānoved pie tāda paša rezultāta kā ķēdes aizvēršanai un atvēršanai, Faradejs ar eksperimentiem pierādīja, ka strāva rodas, spolēm pārvietojoties vienai pret otru (5.1. att.). Faradejs, iepazinies ar Ampēra darbiem, saprata, ka magnēts ir nelielu strāvu kopums, kas cirkulē molekulās. 17. oktobrī, kā ierakstīts viņa laboratorijas žurnālā, magnēta stumšanas (vai izvilkšanas) laikā spolē tika konstatēta indukcijas strāva (5.2. att.). Viena mēneša laikā Faradejs eksperimentāli atklāja visas elektromagnētiskās indukcijas fenomena būtiskās iezīmes. Atlika tikai piešķirt likumam stingru kvantitatīvu formu un pilnībā atklāt parādības fizisko būtību.
Pats Faradejs jau uztvēra kopīgo lietu, kas nosaka indukcijas strāvas parādīšanos eksperimentos, kas ārēji izskatās atšķirīgi.
Slēgtā vadošā ķēdē strāva rodas, kad mainās magnētiskās indukcijas līniju skaits, kas iekļūst virsmā, ko ierobežo šī ķēde. Un jo ātrāk mainās magnētiskās indukcijas līniju skaits, jo lielāka ir iegūtā strāva. Šajā gadījumā magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņu iemesls ir pilnīgi vienaldzīgs. Tas var būt izmaiņas magnētiskās indukcijas līniju skaitā, kas iekļūst fiksētā vadītājā, mainoties strāvas stiprumam blakus esošajā spolē, un līniju skaita izmaiņas ķēdes kustības dēļ nehomogēnā magnētiskajā laukā. , kuras līniju blīvums mainās telpā (5.3. att.).
Faradejs ne tikai atklāja šo fenomenu, bet arī bija pirmais, kurš izveidoja nepilnīgu, taču nepilnīgu elektriskās strāvas ģeneratora modeli, kas rotācijas mehānisko enerģiju pārvērš strāvā. Tas bija masīvs vara disks, kas griezās starp spēcīga magnēta poliem (5.4. attēls). Piestiprinot diska asi un malu galvanometram, Faradejs atklāja novirzi
IN
\
\
\
\
\
\
\
\L
S Tomēr strāva bija vāja, bet atrastais princips ļāva vēlāk konstruēt jaudīgi ģeneratori. Bez tiem elektrība joprojām būtu greznība, ko retais var atļauties.
Vadošā slēgtā kontūrā elektriskā strāva rodas, ja cilpa atrodas mainīgā magnētiskajā laukā vai pārvietojas laukā, kas ir nemainīgs laikā, tā ka mainās magnētiskās indukcijas līniju skaits, kas iekļūst cilpā. Šo parādību sauc par elektromagnētisko indukciju.