Kush zbuloi induksionin. Zbulimi i induksionit elektromagnetik bëri të mundur shfaqjen. Fenomeni i induksionit elektromagnetik. Zbulimi, përvoja, aplikimi

Deri më tani, ne kemi konsideruar fushat elektrike dhe magnetike që nuk ndryshojnë me kalimin e kohës. U zbulua se fushe elektrike krijuar ngarkesat elektrike, dhe fusha magnetike - ngarkesat lëvizëse, pra rryma elektrike. Le të kalojmë në njohjen me fushat elektrike dhe magnetike, të cilat ndryshojnë me kalimin e kohës.

Fakti më i rëndësishëm që është zbuluar është marrëdhënia më e ngushtë midis fushave elektrike dhe magnetike. Një fushë magnetike që ndryshon në kohë gjeneron një fushë elektrike, dhe një fushë elektrike që ndryshon gjeneron një fushë magnetike. Pa këtë lidhje mes fushave, larmia e manifestimeve forcat elektromagnetike nuk do të ishte aq i gjerë sa është në të vërtetë. Nuk do të kishte valë radio apo dritë.

Nuk është rastësi që hapi i parë, vendimtar në zbulimin e vetive të reja të ndërveprimeve elektromagnetike u bë nga themeluesi i ideve për fushën elektromagnetike - Faraday. Faraday ishte i sigurt në natyrën e unifikuar të fenomeneve elektrike dhe magnetike. Falë kësaj, ai bëri një zbulim, i cili më vonë formoi bazën për projektimin e gjeneratorëve të të gjitha termocentraleve në botë, duke shndërruar energjinë mekanike në energji. rryme elektrike. (Burime të tjera: qeliza galvanike, bateri, etj. - ofrojnë një pjesë të papërfillshme të energjisë së gjeneruar.)

Rryma elektrike, arsyetoi Faraday, është në gjendje të magnetizojë një copë hekuri. A mund të shkaktojë një magnet nga ana tjetër një rrymë elektrike?

Për një kohë të gjatë, kjo lidhje nuk mund të gjendej. Ishte e vështirë të mendohej për gjënë kryesore, domethënë: vetëm një magnet lëvizës ose një fushë magnetike që ndryshon në kohë mund të ngacmojë një rrymë elektrike në spirale.

Çfarë lloj aksidentesh mund të pengojnë zbulimin, tregon fakti i mëposhtëm. Pothuajse njëkohësisht me Faradein, fizikani zviceran Colladon po përpiqej të merrte një rrymë elektrike në një spirale duke përdorur një magnet. Gjatë punës, ai përdorte një galvanometër, gjilpëra e lehtë magnetike e të cilit ishte vendosur brenda spirales së pajisjes. Për të parandaluar që magneti të ushtronte një ndikim të drejtpërdrejtë në gjilpërë, skajet e spirales, në të cilën Colladon e shtyu magnetin, duke shpresuar të merrte një rrymë në të, u çuan në dhomën tjetër dhe atje ato u lidhën me një galvanometër. Pasi futi magnetin në spirale, Colladon shkoi në dhomën tjetër dhe, i mërzitur,

sigurohet që galvanometri të mos tregojë rrymë. Nëse vetëm ai do të kishte parë galvanometrin gjatë gjithë kohës dhe do t'i kërkonte dikujt të punonte në magnet, do të ishte bërë një zbulim i jashtëzakonshëm. Por kjo nuk ndodhi. Një magnet në pushim në lidhje me një spirale nuk shkakton rrymë në të.

Fenomeni induksioni elektromagnetik konsiston në shfaqjen e një rryme elektrike në një qark përcjellës, i cili ose qëndron në një fushë magnetike që ndryshon në kohë, ose lëviz në një fushë magnetike konstante në atë mënyrë që numri i linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në qark ndryshon. Ai u zbulua më 29 gusht 1831. Është një rast i rrallë kur data e një zbulimi të ri të shquar dihet kaq saktë. Këtu është një përshkrim i eksperimentit të parë të dhënë nga vetë Faraday:

“Plagë në një spirale të gjerë prej druri Tel bakri 203 metra i gjatë dhe midis kthesave të tij është mbështjellë një tel me të njëjtën gjatësi, por të izoluar nga filli i parë i pambukut. Njëra nga këto spirale ishte e lidhur me një galvanometër, dhe tjetra me një bateri të fortë të përbërë nga 100 palë pllaka ... Kur qarku u mbyll, ishte e mundur të vërehej një veprim i papritur, por jashtëzakonisht i dobët në galvanometër, dhe e njëjta gjë u vu re kur rryma ndaloi. Me kalimin e vazhdueshëm të rrymës përmes njërës prej bobinave, nuk ishte e mundur të vihej re ndonjë efekt në galvanometri, ose në përgjithësi ndonjë efekt induktiv në bobinën tjetër, pavarësisht se ngrohja e të gjithë bobinës së lidhur me baterinë, dhe shkëlqimi i shkëndijave që kërcen midis qymyrit, dëshmoi për fuqinë e baterisë "(Faraday M. " Studime eksperimentale për energjinë elektrike", seria 1).

Pra, fillimisht, induksioni u zbulua në përçuesit që ishin të palëvizshëm në lidhje me njëri-tjetrin gjatë mbylljes dhe hapjes së qarkut. Më pas, duke kuptuar qartë se afrimi ose heqja e përçuesve me rrymë duhet të çojë në të njëjtin rezultat si mbyllja dhe hapja e qarkut, Faraday provoi përmes eksperimenteve se rryma lind kur bobinat lëvizin njëra-tjetrën.

i afërm me një mik. I njohur me veprat e Amperit, Faraday kuptoi se një magnet është një koleksion rrymash të vogla që qarkullojnë në molekula. Më 17 tetor, siç u regjistrua në ditarin e tij laboratorik, një rrymë induksioni u zbulua në spirale gjatë futjes (ose tërheqjes) të magnetit. Brenda një muaji, Faraday zbuloi eksperimentalisht të gjitha tiparet thelbësore të fenomenit të induksionit elektromagnetik.

Aktualisht, eksperimentet e Faradeit mund të përsëriten nga të gjithë. Për ta bërë këtë, ju duhet të keni dy mbështjellje, një magnet, një bateri elementësh dhe një galvanometër mjaft të ndjeshëm.

Në instalimin e paraqitur në figurën 238, një rrymë induksioni ndodh në njërën nga mbështjelljet kur qarku elektrik i spirales tjetër, i cili është i palëvizshëm në krahasim me të parën, mbyllet ose hapet. Në instalimin në figurën 239, një reostat ndryshon rrymën në njërën nga mbështjelljet. Në figurën 240, a, rryma e induksionit shfaqet kur mbështjelljet lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën, dhe në figurën 240, b - kur magneti i përhershëm lëviz në lidhje me spiralen.

Vetë Faraday e ka kuptuar tashmë gjënë e zakonshme që përcakton pamjen e një rryme induksioni në eksperimentet që duken ndryshe nga jashtë.

Në një qark të mbyllur përcjellës, një rrymë lind kur ndryshon numri i linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në zonën e kufizuar nga ky qark. Dhe sa më shpejt të ndryshojë numri i linjave të induksionit magnetik, aq më e madhe është rryma e induksionit që rezulton. Në këtë rast, arsyeja e ndryshimit të numrit të linjave të induksionit magnetik është krejtësisht indiferente. Ky mund të jetë një ndryshim në numrin e linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në zonën e një qarku fiks përçues për shkak të një ndryshimi në fuqinë aktuale në një spirale ngjitur (Fig. 238) dhe një ndryshim në numrin e linjat e induksionit për shkak të lëvizjes së qarkut në një fushë magnetike johomogjene, dendësia e linjave të së cilës ndryshon në hapësirë (Fig. 241).

Tema e mësimit:

Zbulimi i induksionit elektromagnetik. fluksi magnetik.

Synimi: njohin nxënësit me dukurinë e induksionit elektromagnetik.

Gjatë orëve të mësimit

I. Momenti organizativ

II. Përditësimi i njohurive.

1. Sondazh frontal.

Cila është hipoteza e Amperit?
Çfarë është përshkueshmëria magnetike?
Cilat substanca quhen para- dhe diamagnet?
Çfarë janë ferritet?
Ku përdoren ferritet?
Si e dini se ka një fushë magnetike rreth Tokës?
Ku janë polet magnetike veriore dhe jugore të Tokës?
Çfarë procesesh ndodhin në magnetosferën e Tokës?
Cila është arsyeja e ekzistencës fushë magnetike në tokë?

2. Analiza e eksperimenteve.

Eksperimenti 1

Gjilpëra magnetike në mbështetëse u soll në pjesën e poshtme dhe më pas në skajin e sipërm të trekëmbëshit. Pse shigjeta kthehet drejt skajit të poshtëm të trekëmbëshit nga të dyja anët poli jugor, dhe deri në skajin e sipërm - në skajin verior?(Të gjitha objektet prej hekuri janë në fushën magnetike të Tokës. Nën ndikimin e kësaj fushe, ato magnetizohen dhe pjesa e poshtme e objektit zbulon polin magnetik verior, dhe maja - jugun.)

Eksperimenti 2

Në një tapë të madhe tape, bëni një brazdë të vogël për një copë teli. Uleni tapën në ujë dhe vendosni telin sipër, duke e vendosur përgjatë paraleles. Në këtë rast, tela, së bashku me tapën, rrotullohet dhe instalohet përgjatë meridianit. Pse?(Teli është magnetizuar dhe është vendosur në fushën e Tokës si një gjilpërë magnetike.)

III. Mësimi i materialit të ri

Ekzistojnë forca magnetike midis ngarkesave elektrike lëvizëse. Ndërveprimet magnetike përshkruhen bazuar në konceptin e një fushe magnetike që ekziston rreth ngarkesave elektrike lëvizëse. Fushat elektrike dhe magnetike krijohen nga të njëjtat burime - ngarkesat elektrike. Mund të supozohet se ka një lidhje mes tyre.

Në 1831, M. Faraday e konfirmoi këtë në mënyrë eksperimentale. Ai zbuloi fenomenin e induksionit elektromagnetik (rrëshqitje 1.2).

Eksperimenti 1

Ne e lidhim galvanometrin me spiralen, dhe ne do të paraqesim prej saj magnet i përhershëm. Ne vëzhgojmë devijimin e gjilpërës së galvanometrit, është shfaqur një rrymë (induksion) (rrëshqitje 3).

Rryma në përcjellës ndodh kur përcjellësi është në zonën e fushës magnetike alternative (rrëshqitje 4-7).

Faraday përfaqësoi një fushë magnetike alternative si një ndryshim në numrin e linjave të forcës që depërtojnë në sipërfaqen e kufizuar nga një kontur i caktuar. Ky numër varet nga induksioni AT fushë magnetike, nga zona e konturit S dhe orientimin e tij në fushën e dhënë.

F \u003d BS cos a - fluksi magnetik.

F [Wb] Weber (rrëshqitje 8)

Rryma e induksionit mund të ketë drejtime të ndryshme, të cilat varen nëse fluksi magnetik që depërton në qark zvogëlohet apo rritet. Rregulli për përcaktimin e drejtimit të rrymës së induktuar u formulua në 1833. E. X. Lenz.

Eksperimenti 2

Ne rrëshqasim një magnet të përhershëm në një unazë të lehtë alumini. Unaza zmbrapset prej saj dhe kur zgjatet, ajo tërhiqet nga magneti.

Rezultati nuk varet nga polariteti i magnetit. Repulsioni dhe tërheqja shpjegohet me shfaqjen e një rryme induksioni në të.

Kur magneti shtyhet brenda, fluksi magnetik përmes unazës rritet: zmbrapsja e unazës në të njëjtën kohë tregon se rryma e induksionit në të ka një drejtim të tillë në të cilin vektori i induksionit të fushës së tij magnetike është i kundërt në drejtim me vektori i induksionit të fushës magnetike të jashtme.

Rregulli i Lenz:

Rryma induktive ka gjithmonë një drejtim të tillë që fusha magnetike e saj parandalon çdo ndryshim në fluksin magnetik që shkakton shfaqjen e një rryme induktive.(rrëshqitje 9).

IV. Kryerja e punës laboratorike

Punë laboratori me temën "Verifikimi eksperimental i rregullit Lenz"

Pajisjet dhe materialet:miliammetri, bobina-spiral, magnet hark.

Procesi i punës

Përgatitni një tabelë.

Pas zbulimeve të Oersted dhe Ampère, u bë e qartë se elektriciteti ka një forcë magnetike. Tani ishte e nevojshme të konfirmohej ndikimi i fenomeneve magnetike në ato elektrike. Ky problem u zgjidh shkëlqyeshëm nga Faraday.

Michael Faraday (1791-1867) lindi në Londër, një nga pjesët më të varfra të saj. Babai i tij ishte një farkëtar dhe nëna e tij ishte vajza e një fermeri qiramarrës. Kur Faradei arriti mosha shkollore Ai u dërgua në shkollën fillore. Kursi i ndjekur nga Faraday këtu ishte shumë i ngushtë dhe i kufizuar vetëm në mësimin e leximit, shkrimit dhe fillimit të numërimit.

Pak hapa nga shtëpia ku jetonte familja Faraday, ishte një librari, e cila ishte edhe një libërlidhje. Këtu arriti Faraday, pasi kishte përfunduar kursin shkollë fillore kur lindi pyetja për zgjedhjen e një profesioni për të. Michael në atë kohë ishte vetëm 13 vjeç. Tashmë në rininë e tij, kur Faradei sapo kishte filluar vetë-edukimin, ai u përpoq të mbështetej vetëm në fakte dhe të verifikonte raportet e të tjerëve me përvojat e tij.

Këto aspirata e dominuan gjatë gjithë jetës së tij si tiparet kryesore të tij veprimtaria shkencore Fizike dhe eksperimentet kimike Faraday filloi ta bënte atë si djalë në njohjen e parë me fizikën dhe kiminë. Pasi Michael mori pjesë në një nga leksionet e Humphry Davy, fizikanit të madh anglez.

Faraday bëri një shënim të detajuar të leksionit, e lidhi atë dhe ia dërgoi Dejvit. Ai ishte aq i impresionuar sa i ofroi Faradeit të punonte me të si sekretar. Së shpejti Davy shkoi në një udhëtim në Evropë dhe mori Faraday me vete. Për dy vjet ata vizituan universitetet më të mëdha evropiane.

Pas kthimit në Londër në 1815, Faraday filloi të punonte si asistent në një nga laboratorët e Institucionit Mbretëror në Londër. Në atë kohë ishte një nga laboratorët fizikë më të mirë në botë. Nga viti 1816 deri në 1818 Faraday botoi një numër shënimesh të vogla dhe kujtime të vogla mbi kiminë. Puna e parë e Faradeit mbi fizikën daton në 1818.

Bazuar në përvojat e paraardhësve të tij dhe duke kombinuar disa nga përvojat e tij, deri në shtator 1821, Michael kishte shtypur "Historinë e Suksesit të Elektromagnetizmit". Tashmë në atë kohë, ai formoi një koncept plotësisht të saktë për thelbin e fenomenit të devijimit të një gjilpëre magnetike nën veprimin e një rryme.

Pasi arriti këtë sukses, Faraday la studimet në fushën e energjisë elektrike për dhjetë vjet, duke iu përkushtuar studimit të një sërë lëndësh të një lloji tjetër. Në 1823, Faraday bëri një nga zbulimet më të rëndësishme në fushën e fizikës - ai së pari arriti lëngëzimin e një gazi, dhe në të njëjtën kohë vendosi një metodë të thjeshtë por të vlefshme për shndërrimin e gazeve në një lëng. Në 1824, Faraday bëri disa zbulime në fushën e fizikës.

Ndër të tjera, ai vërtetoi faktin se drita ndikon në ngjyrën e xhamit, duke e ndryshuar atë. AT vitin tjeter Faraday kthehet përsëri nga fizika në kimi, dhe rezultati i punës së tij në këtë fushë është zbulimi i benzinës dhe acidit sulfurik të naftalinës.

Në 1831, Faraday botoi një traktat Mbi një lloj të veçantë të iluzionit optik, i cili shërbeu si bazë për një predhë optike të bukur dhe kurioze të quajtur "kromotrop". Në të njëjtin vit, u botua një traktat tjetër i shkencëtarit "Mbi pllakat vibruese". Shumë nga këto vepra mund të përjetësojnë vetë emrin e autorit të tyre. Por më e rëndësishmja nga punimet shkencore Faraday janë kërkimet e tij në fushën e elektromagnetizmit dhe induksionit elektrik.

Në mënyrë të rreptë, një degë e rëndësishme e fizikës, e cila trajton fenomenet e elektromagnetizmit dhe elektricitetit induktiv, dhe që aktualisht ka një rëndësi kaq të madhe për teknologjinë, u krijua nga Faraday nga asgjëja.

Në kohën kur Faraday më në fund iu përkushtua kërkimeve në fushën e energjisë elektrike, u vërtetua se me kushte të zakonshme prania e një trupi të elektrizuar është e mjaftueshme që ndikimi i tij të ngacmojë elektricitetin në çdo trup tjetër. Në të njëjtën kohë, dihej se teli nëpër të cilin kalon rryma dhe që është gjithashtu një trup i elektrizuar nuk ka asnjë efekt në telat e tjerë të vendosur aty pranë.

Çfarë e shkaktoi këtë përjashtim? Kjo është pyetja që i interesoi Faradeit dhe zgjidhja e së cilës e çoi në zbulimet më të rëndësishme në fushën e elektricitetit me induksion. Si zakonisht, Faraday filloi një seri eksperimentesh që supozohej të sqaronin thelbin e çështjes.

Faraday la dy tela të izoluar paralel me njëri-tjetrin në të njëjtin rrotull prej druri. Ai lidhi skajet e një teli me një bateri prej dhjetë elementësh dhe skajet e tjetrit me një galvanometër të ndjeshëm. Kur rryma kaloi nëpër telin e parë,

Faradei e ktheu gjithë vëmendjen te galvanometri, duke pritur që nga lëkundjet e tij të vinte re shfaqjen e një rryme edhe në telin e dytë. Megjithatë, nuk kishte asgjë të tillë: galvanometri mbeti i qetë. Faraday vendosi të rrisë rrymën dhe futi 120 qeliza galvanike në qark. Rezultati është i njëjtë. Faraday e përsëriti këtë eksperiment dhjetëra herë, të gjitha me të njëjtin sukses.

Kushdo tjetër në vend të tij do të kishte lënë eksperimentet, i bindur se rryma që kalon nëpër tela nuk ka asnjë efekt në telin fqinj. Por Faraday gjithmonë përpiqej të nxirrte nga eksperimentet dhe vëzhgimet e tij gjithçka që ata mund të jepnin, dhe për këtë arsye, duke mos marrë një efekt të drejtpërdrejtë në telin e lidhur me galvanometrin, ai filloi të kërkonte efekte anësore.

Ai vuri re menjëherë se galvanometri, duke qëndruar plotësisht i qetë gjatë gjithë kalimit të rrymës, vjen në lëkundje në mbylljen e qarkut dhe në hapjen e tij. Doli se në momentin kur rryma kalon në telin e parë, dhe gjithashtu kur ky teli i dytë ngacmohet gjithashtu nga një rrymë, e cila në rastin e parë ka drejtim të kundërt me rrymën e parë dhe është e njëjtë me të në rastin e dytë dhe zgjat vetëm një çast.

Këto rryma sekondare të çastit, të shkaktuara nga ndikimi i atyre parësore, u quajtën induktive nga Faraday dhe ky emër u është ruajtur deri më tani. Duke qenë të menjëhershme, duke u zhdukur menjëherë pas shfaqjes së tyre, rrymat induktive nuk do të kishin vlerë praktike, nëse Faraday nuk do të kishte gjetur një mënyrë, me ndihmën e një pajisjeje (çelës) të zgjuar, për të ndërprerë vazhdimisht dhe për të kryer përsëri rrymën parësore që vjen nga bateria përgjatë telit të parë, për shkak të së cilës gjithnjë e më shumë rryma induktive ngacmohen vazhdimisht në teli i dytë, duke u bërë kështu konstant. Kështu u gjet një burim i ri energji elektrike, përveç të njohurve më parë (fërkimi dhe proceset kimike), është induksion, dhe lloji i ri e kësaj energjie është elektriciteti induksion.

Duke vazhduar eksperimentet e tij, Faraday zbuloi më tej se një përafrim i thjeshtë i një teli të përdredhur në një kurbë të mbyllur me një tjetër, përgjatë të cilit rrjedh një rrymë galvanike, është i mjaftueshëm për të ngacmuar një rrymë induktive në telin neutral në drejtim të kundërt me rrymën galvanike. heqja e telit neutral përsëri ngacmon një rrymë induktive në të. rryma është tashmë në të njëjtin drejtim me rrymën galvanike që rrjedh përgjatë një teli të palëvizshëm dhe se, së fundi, këto rryma induktive ngacmohen vetëm gjatë afrimit dhe largimit të teli në përcjellësin e rrymës galvanike, dhe pa këtë lëvizje, rrymat nuk ngacmohen, pavarësisht sa afër janë telat me njëri-tjetrin.

Kështu, u zbulua një fenomen i ri, i ngjashëm me fenomenin e përshkruar më sipër të induksionit gjatë mbylljes dhe përfundimit të rrymës galvanike. Këto zbulime nga ana e tyre krijuan të reja. Nëse është e mundur të prodhohet një rrymë induktive duke mbyllur dhe ndaluar rrymën galvanike, a nuk do të përftohej i njëjti rezultat nga magnetizimi dhe demagnetizimi i hekurit?

Puna e Oersted dhe Ampere kishte vendosur tashmë marrëdhënien midis magnetizmit dhe elektricitetit. Dihej se hekuri bëhet magnet kur rreth tij mbështillet një tel i izoluar dhe një rrymë galvanike kalon nëpër këtë të fundit, dhe se vetitë magnetike i këtij hekuri pushon sapo të ndalojë rryma.

Bazuar në këtë, Faraday doli me këtë lloj eksperimenti: dy tela të izoluar u mbështjellën rreth një unaze hekuri; për më tepër, një tel ishte mbështjellë rreth gjysmës së unazës dhe tjetri rreth tjetrës. Një rrymë nga një bateri galvanike kaloi nëpër një tel, dhe skajet e tjetrit u lidhën me një galvanometër. Dhe kështu, kur rryma mbyllej ose ndalonte, dhe kur, rrjedhimisht, unaza e hekurit magnetizohej ose demagnetizohej, gjilpëra e galvanometrit lëkundet me shpejtësi dhe më pas ndaloi shpejt, domethënë, të gjitha të njëjtat rryma induktive të menjëhershme ngacmoheshin në telin neutral - kjo koha: tashmë nën ndikimin e magnetizmit.

Kështu, këtu për herë të parë magnetizmi u shndërrua në energji elektrike. Pasi mori këto rezultate, Faraday vendosi të diversifikojë eksperimentet e tij. Në vend të një unaze hekuri, ai filloi të përdorte një brez hekuri. Në vend të magnetizmit emocionues në hekur me një rrymë galvanike, ai e magnetizoi hekurin duke e prekur atë në një magnet të përhershëm çeliku. Rezultati ishte i njëjtë: në telin e mbështjellë rreth hekurit, gjithmonë! rryma u ngacmua në momentin e magnetizimit dhe demagnetizimit të hekurit.

Pastaj Faraday futi një magnet çeliku në spiralen e telit - afrimi dhe heqja e këtij të fundit u shkaktua në tela rrymat e induksionit. Me një fjalë, magnetizmi, në kuptimin e ngacmimit të rrymave induktive, vepronte saktësisht në të njëjtën mënyrë si rryma galvanike.

Në atë kohë, fizikanët ishin të zënë intensivisht me një fenomen misterioz, të zbuluar në 1824 nga Arago dhe nuk gjetën një shpjegim, pavarësisht; se ky shpjegim u kërkua intensivisht nga shkencëtarë të tillë të shquar të kohës si vetë Arago, Ampère, Poisson, Babaj dhe Herschel.

Çështja ishte si më poshtë. Një gjilpërë magnetike, e varur lirshëm, pushon shpejt nëse nën të futet një rreth prej metali jomagnetik; nëse rrethi vihet më pas në lëvizje rrotulluese, gjilpëra magnetike fillon ta ndjekë atë.

Në një gjendje të qetë, ishte e pamundur të zbulohej tërheqja apo zmbrapsja më e vogël midis rrethit dhe shigjetës, ndërsa i njëjti rreth, i cili ishte në lëvizje, tërhoqi pas tij jo vetëm një shigjetë të lehtë, por edhe një magnet të rëndë. Ky fenomen vërtet i mrekullueshëm shkencëtarëve të asaj kohe iu duk një gjëegjëzë misterioze, diçka përtej natyrës.

Faraday, bazuar në të dhënat e tij të mësipërme, supozoi se një rreth prej metali jomagnetik, nën ndikimin e një magneti, qarkullon gjatë rrotullimit nga rrymat induktive që ndikojnë në gjilpërën magnetike dhe e tërheqin atë pas magnetit.

Në të vërtetë, duke futur skajin e rrethit midis poleve të një magneti të madh në formë patkoi dhe duke lidhur qendrën dhe skajin e rrethit me një galvanometër me një tel, Faraday mori një rrymë elektrike konstante gjatë rrotullimit të rrethit.

Pas kësaj, Faraday u vendos në një fenomen tjetër që në atë kohë po shkaktonte kuriozitet të përgjithshëm. Siç e dini, nëse tallash hekuri spërkaten mbi një magnet, ato grupohen përgjatë vijave të caktuara, të quajtura kthesa magnetike. Faraday, duke tërhequr vëmendjen ndaj këtij fenomeni, i dha themelet në 1831 kthesave magnetike, emrin "linjat e forcës magnetike", të cilat më pas hynë në përdorim të përgjithshëm.

Studimi i këtyre "linjave" e çoi Faradein në një zbulim të ri, rezultoi se për ngacmimin e rrymave induktive, afrimi dhe largimi i burimit nga pol magnetik janë fakultative. Për të ngacmuar rrymat, mjafton të kaloni linjat e forcës magnetike në një mënyrë të njohur.

Punimet e mëtejshme të Faradeit në drejtimin e përmendur fituan, nga këndvështrimi modern, karakterin e diçkaje krejtësisht të mrekullueshme. Në fillim të vitit 1832, ai demonstroi një aparat në të cilin rrymat induktive ngacmoheshin pa ndihmën e një magneti ose rryme galvanike.

Pajisja përbëhej nga një shirit hekuri i vendosur në një spirale teli. Kjo pajisje, në kushte të zakonshme, nuk jepte as shenjën më të vogël të shfaqjes së rrymave në të; por sapo iu dha një drejtim që korrespondonte me drejtimin e gjilpërës magnetike, një rrymë u ngacmua në tel.

Pastaj Faraday i dha pozicionin e gjilpërës magnetike në një spirale dhe më pas futi një shirit hekuri në të: rryma u ngacmua përsëri. Arsyeja që shkaktoi rrymën në këto raste ishte magnetizmi tokësor, i cili shkaktonte rryma induktive si një magnet i zakonshëm ose rrymë galvanike. Për ta treguar dhe vërtetuar këtë më qartë, Faraday ndërmori një tjetër eksperiment që konfirmoi plotësisht idetë e tij.

Ai arsyetoi se nëse një rreth prej metali jomagnetik, për shembull, bakri, që rrotullohet në një pozicion në të cilin kryqëzon linjat e forcës magnetike të një magneti fqinj, jep një rrymë induktive, atëherë i njëjti rreth që rrotullohet në mungesë të një magnet, por në një pozicion në të cilin rrethi do të kalojë linjat e magnetizmit tokësor, duhet gjithashtu të japë një rrymë induktive.

Në të vërtetë, një rreth bakri u rrotullua brenda rrafshi horizontal, dha një rrymë induktive që prodhoi një devijim të dukshëm të gjilpërës së galvanometrit. Faraday përfundoi një sërë studimesh në fushën e induksionit elektrik me zbulimin, të bërë në 1835, të "efektit induktiv të rrymës në vetvete".

Ai zbuloi se kur një rrymë galvanike mbyllet ose hapet, rrymat induktive të menjëhershme ngacmohen në vetë telin, i cili shërben si përcjellës për këtë rrymë.

Fizikani rus Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) dha një rregull për përcaktimin e drejtimit të rrymës së induktuar. "Rryma e induksionit drejtohet gjithmonë në atë mënyrë që fusha magnetike që krijon pengon ose ngadalëson lëvizjen që shkakton induksionin," vëren A.A. Korobko-Stefanov në artikullin e tij mbi induksionin elektromagnetik. - Për shembull, kur spiralja i afrohet magnetit, rryma induktive që rezulton ka një drejtim të tillë që fusha magnetike e krijuar prej saj do të jetë e kundërt me fushën magnetike të magnetit. Si rezultat, forcat refuzuese lindin midis spirales dhe magnetit.

Rregulli i Lenz-it rrjedh nga ligji i ruajtjes dhe transformimit të energjisë. Nëse rrymat e induksionit do të përshpejtonin lëvizjen që i shkaktoi ato, atëherë puna do të krijohej nga asgjëja. Vetë spiralja, pas një shtytjeje të vogël, do të nxitonte drejt magnetit dhe në të njëjtën kohë rryma e induksionit do të lëshonte nxehtësi në të. Në realitet, rryma e induksionit krijohet për shkak të punës së afrimit të magnetit dhe spirales.

Pse ka një rrymë të induktuar? Një shpjegim i thellë i fenomenit të induksionit elektromagnetik u dha nga fizikani anglez James Clerk Maxwell - krijuesi i kompletuar. teoria matematikore fushë elektromagnetike.

Për të kuptuar më mirë thelbin e çështjes, merrni parasysh një eksperiment shumë të thjeshtë. Lëreni spiralën të përbëhet nga një rrotullim teli dhe të shpohet nga një fushë magnetike e alternuar pingul me rrafshin e kthesës. Në spirale, natyrisht, ka një rrymë induksioni. Maksuelli e interpretoi këtë eksperiment me guxim dhe befasi të jashtëzakonshme.

Kur fusha magnetike ndryshon në hapësirë, sipas Maxwell, lind një proces për të cilin prania e një spirale teli nuk ka rëndësi. Gjëja kryesore këtu është shfaqja e të mbyllura vijat e rrethit fushe elektrike duke mbuluar një fushë magnetike në ndryshim. Nën veprimin e fushës elektrike në zhvillim, elektronet fillojnë të lëvizin dhe një rrymë elektrike lind në spirale. Një spirale është vetëm një pajisje që ju lejon të zbuloni një fushë elektrike.

Thelbi i fenomenit të induksionit elektromagnetik është se një fushë magnetike alternative gjeneron gjithmonë në hapësirën përreth një fushë elektrike me të mbyllur linjat e forcës. Një fushë e tillë quhet fushë vorbullash.

Kërkime në fushën e induksionit të prodhuara magnetizmi tokësor, i dha Faradeit mundësinë për të shprehur idenë e telegrafit në vitin 1832, i cili më pas formoi bazën e kësaj shpikjeje. Në përgjithësi, zbulimi i induksionit elektromagnetik nuk i atribuohet pa arsye zbulimeve më të shquara të shekullit të 19-të - puna e miliona motorëve elektrikë dhe gjeneratorëve të rrymës elektrike në mbarë botën bazohet në këtë fenomen ...

Burimi i informacionit: Samin D.K. “Njëqind e madhe zbulimet shkencore"., M.: "Veçe", 2002

Sot do të flasim për fenomenin e induksionit elektromagnetik. Ne do të zbulojmë pse u zbulua ky fenomen dhe çfarë përfitimesh solli.

Mëndafshi

Njerëzit gjithmonë janë përpjekur të jetojnë më mirë. Dikush mund të mendojë se kjo është një arsye për të akuzuar njerëzimin për lakmi. Por shpesh ne po flasim për gjetjen e komoditeteve bazë shtëpiake.

AT Evropën mesjetare Ata dinin të bënin pëlhura leshi, pambuku dhe liri. Dhe në atë kohë, njerëzit vuanin nga një tepricë e pleshtave dhe morrave. Në të njëjtën kohë, qytetërimi kinez ka mësuar tashmë se si të endë me mjeshtëri mëndafshin. Rrobat prej saj nuk i lejonin gjakpirësit në lëkurën e njeriut. Putrat e insekteve rrëshqitën mbi pëlhurën e lëmuar dhe morrat ranë. Prandaj, evropianët donin të visheshin me mëndafsh me çdo kusht. Dhe tregtarët menduan se ishte një mundësi tjetër për t'u pasuruar. Prandaj, u hodh Rruga e Madhe e Mëndafshit.

Vetëm në këtë mënyrë pëlhura e dëshiruar iu dorëzua Evropës së vuajtur. Dhe kaq shumë njerëz u përfshinë në procesin që qytetet u ngritën, perandoritë luftuan për të drejtën për të vendosur taksat dhe disa pjesë të rrugës janë ende më të mënyrë e përshtatshme shkoni në vendin e duhur.

Busulla dhe ylli

Malet dhe shkretëtira qëndronin në rrugën e karvanëve me mëndafsh. Ndodhi që karakteri i zonës të mbetej i njëjtë për javë e muaj të tërë. Dunat e stepës ia lanë vendin të njëjtave kodra, njëra kalim pasoi tjetrin. Dhe njerëzit duhej të lundronin disi në mënyrë që të dorëzonin ngarkesën e tyre të vlefshme.

Yjet erdhën të parët. Duke ditur se çfarë dite është dhe çfarë yjësish të presë, një udhëtar me përvojë mund të përcaktojë gjithmonë se ku është jugu, ku është lindja dhe ku të shkojë. Por njerëzit me një sasi të mjaftueshme njohurish kanë munguar gjithmonë. Po, dhe atëherë ata nuk dinin se si të numëronin me saktësi kohën. Perëndimi i diellit, lindja e diellit - këto janë të gjitha pikat referuese. Një stuhi bore ose një stuhi rëre mot i vranët madje u përjashtua mundësia për të parë yllin polar.

Atëherë njerëzit (ndoshta kinezët e lashtë, por shkencëtarët ende po debatojnë për këtë) kuptuan se një mineral gjendet gjithmonë në një mënyrë të caktuar në lidhje me pikat kardinal. Kjo pronë u përdor për të krijuar busullën e parë. Para se zbulimi i fenomenit të induksionit elektromagnetik ishte shumë larg, por një fillim ishte bërë.

Nga busull në magnet

Vetë emri "magnet" kthehet në toponim. Ndoshta busullat e para janë bërë nga minerali i nxjerrë në kodrat e Magnezisë. Kjo zonë ndodhet në Azinë e Vogël. Dhe magnetët dukeshin si gurë të zinj.

Busullat e para ishin shumë primitive. Uji derdhej në një tas ose enë tjetër, sipër vendosej një disk i hollë me material lundrues. Dhe një gjilpërë e magnetizuar u vendos në qendër të diskut. Një nga skajet e tij gjithmonë drejtohej nga veriu, tjetri - në jug.

Është e vështirë edhe të imagjinohet se karvani mbante ujë për busull, ndërsa njerëzit vdisnin nga etja. Por të qëndrosh në rrugën e duhur dhe t'i lejosh njerëzit, kafshët dhe mallrat të arrijnë në sigurinë ishte më e rëndësishme sesa disa jetë të ndara.

Busullat bënë shumë udhëtime dhe u takuan me fenomene të ndryshme natyrore. Nuk është për t'u habitur që fenomeni i induksionit elektromagnetik u zbulua në Evropë, megjithëse minerali magnetik fillimisht u minua në Azi. Në këtë mënyrë të ndërlikuar, dëshira e banorëve evropianë për të fjetur më rehat çoi në zbulimin më të rëndësishëm të fizikës.

Magnetike apo elektrike?

Në fillim të shekullit të nëntëmbëdhjetë, shkencëtarët zbuluan se si të merrnin rrymë direkte. U krijua bateria e parë primitive. Ishte e mjaftueshme për të dërguar një rrymë elektronesh përmes përçuesve metalikë. Falë burimit të parë të energjisë elektrike, u bënë një sërë zbulimesh.

Në 1820, shkencëtari danez Hans Christian Oersted zbuloi se gjilpëra magnetike devijon pranë përcjellësit të përfshirë në rrjet. Poli pozitiv i busullës është gjithmonë i vendosur në një mënyrë të caktuar në lidhje me drejtimin e rrymës. Shkencëtari bëri eksperimente në të gjitha gjeometritë e mundshme: përcjellësi ishte sipër ose poshtë shigjetës, ato ishin të vendosura paralelisht ose pingul. Rezultati ishte gjithmonë i njëjtë: rryma e përfshirë e vuri magnetin në lëvizje. Kështu, ishte parashikuar zbulimi i fenomenit të induksionit elektromagnetik.

Por ideja e shkencëtarëve duhet të konfirmohet me eksperiment. Menjëherë pas eksperimentit të Oersted, fizikani anglez Michael Faraday i bëri vetes pyetjen: "A ndikojnë thjesht fusha magnetike dhe elektrike njëra-tjetrën, apo janë më të lidhura ngushtë?" Shkencëtari ishte i pari që testoi supozimin se nëse një fushë elektrike shkakton devijimin e një objekti të magnetizuar, atëherë magneti duhet të gjenerojë një rrymë.

Skema e përvojës është e thjeshtë. Tani çdo student mund ta përsërisë atë. Një tel i hollë metalik ishte mbështjellë në formën e një suste. Skajet e saj ishin të lidhura me një pajisje që regjistronte rrymën. Kur një magnet lëvizte pranë spirales, shigjeta e pajisjes tregonte tensionin e fushës elektrike. Kështu, u krijua ligji i Faradeit për induksionin elektromagnetik.

Vazhdimi i eksperimenteve

Por kjo nuk është gjithçka që ka bërë shkencëtari. Meqenëse fushat magnetike dhe elektrike janë të lidhura ngushtë, ishte e nevojshme të zbulohej se sa.

Për ta bërë këtë, Faraday solli rrymë në një dredha-dredha dhe e shtyu atë brenda një dredha-dredha tjetër të ngjashme me një rreze më të madhe se e para. Përsëri u induktua energjia elektrike. Kështu, shkencëtari vërtetoi: një ngarkesë lëvizëse gjeneron fusha elektrike dhe magnetike në të njëjtën kohë.

Vlen të theksohet se po flasim për lëvizjen e një magneti ose të një fushe magnetike brenda një qarku të mbyllur të një suste. Kjo do të thotë, rrjedha duhet të ndryshojë gjatë gjithë kohës. Nëse kjo nuk ndodh, nuk gjenerohet rrymë.

Formula

Ligji i Faradeit për induksionin elektromagnetik shprehet me formulën

Le të deshifrojmë personazhet.

ε do të thotë EMF ose forcë elektromotore. Kjo sasi është skalar (domethënë jo vektor) dhe tregon punën që zbatojnë disa forca ose ligje të natyrës për të krijuar një rrymë. Duhet të theksohet se puna duhet të kryhet nga dukuri jo elektrike.

Φ është fluksi magnetik përmes një laku të mbyllur. Kjo vlerë është produkt i dy të tjerave: moduli i vektorit të induksionit magnetik B dhe zona e lakut të mbyllur. Nëse fusha magnetike vepron në kontur jo rreptësisht pingul, atëherë produktit i shtohet kosinusi i këndit ndërmjet vektorit B dhe normales në sipërfaqe.

Pasojat e zbulimit

Ky ligj u pasua nga të tjerë. Shkencëtarët e mëvonshëm vendosën varësinë e rrymës elektrike nga fuqia, rezistenca në materialin e përcjellësit. U studiuan veti të reja, u krijuan lidhje të jashtëzakonshme. Më në fund, njerëzimi ka deshifruar strukturën e atomit, ka hyrë në sekretin e lindjes dhe vdekjes së yjeve dhe ka hapur gjenomin e qenieve të gjalla.

Dhe të gjitha këto arritje kërkonin një sasi të madhe burimesh, dhe mbi të gjitha, energji elektrike. Çdo prodhim apo i madh Kërkimi shkencor u kryen ku tre komponentë ishin në dispozicion: personel i kualifikuar, drejtpërdrejt materiali me të cilin do të punohej dhe energji elektrike e lirë.

Dhe kjo ishte e mundur kur forcat e natyrës mund t'i jepnin një moment të madh rrotullimi rotorit: lumenj me një ndryshim të madh në lartësi, lugina me erëra të forta, gabime me një tepricë të energjisë gjeomagnetike.

Është interesante që mënyrë moderne marrja e energjisë elektrike nuk ndryshon thelbësisht nga eksperimentet e Faradeit. Rotori magnetik rrotullohet shumë shpejt brenda një spirale të madhe teli. Fusha magnetike në mbështjellje ndryshon gjatë gjithë kohës dhe krijohet një rrymë elektrike.

Sigurisht, të përzgjedhur materiali më i mirë për magnetin dhe përçuesit, dhe teknologjia e të gjithë procesit është krejtësisht e ndryshme. Por thelbi është një gjë: përdoret një parim që është i hapur në sistemin më të thjeshtë.

Pas zbulimeve Oersted dhe Amper u bë e qartë se elektriciteti ka një forcë magnetike. Tani ishte e nevojshme të konfirmohej ndikimi i fenomeneve magnetike në ato elektrike. Ky problem u zgjidh shkëlqyeshëm nga Faraday.

Michael Faraday (1791-1867) lindi në Londër, një nga pjesët më të varfra të saj. Babai i tij ishte një farkëtar dhe nëna e tij ishte vajza e një fermeri qiramarrës. Kur Faradei arriti moshën shkollore, ai u dërgua në shkollën fillore. Kursi i ndjekur nga Faraday këtu ishte shumë i ngushtë dhe i kufizuar vetëm në mësimin e leximit, shkrimit dhe fillimit të numërimit.

Pak hapa nga shtëpia ku jetonte familja Faraday, ishte një librari, e cila ishte edhe një libërlidhje. Këtu arriti Faraday, pasi kishte përfunduar kursin e shkollës fillore, kur lindi pyetja për zgjedhjen e një profesioni për të. Michael në atë kohë ishte vetëm 13 vjeç. Tashmë në rininë e tij, kur Faradei sapo kishte filluar vetë-edukimin, ai u përpoq të mbështetej vetëm në fakte dhe të verifikonte raportet e të tjerëve me përvojat e tij.

Këto aspirata e mbizotëruan gjatë gjithë jetës së tij si tiparet kryesore të veprimtarisë së tij shkencore.Faradeji filloi të bënte eksperimente fizike dhe kimike që në fëmijëri që në njohjen e parë me fizikën dhe kiminë. Një herë Michael mori pjesë në një nga leksionet Humphrey Davy, fizikani i madh anglez.

Duke u mbështetur në përvojat e paraardhësve të tij dhe duke kombinuar disa nga përvojat e tij, deri në shtator 1821 Michael kishte shtypur "Historia e suksesit të elektromagnetizmit". Tashmë në atë kohë, ai formoi një koncept plotësisht të saktë për thelbin e fenomenit të devijimit të një gjilpëre magnetike nën veprimin e një rryme.

Ndër të tjera, ai vërtetoi faktin se drita ndikon në ngjyrën e xhamit, duke e ndryshuar atë. Një vit më pas, Faraday kthehet përsëri nga fizika në kimi, dhe rezultati i punës së tij në këtë fushë është zbulimi i benzinës dhe acidit sulfurik të naftalinës.

Në 1831, Faraday botoi një traktat Mbi një lloj të veçantë të iluzionit optik, i cili shërbeu si bazë për një predhë optike të bukur dhe kurioze të quajtur "kromotrop". Në të njëjtin vit, u botua një traktat tjetër i shkencëtarit "Mbi pllakat vibruese". Shumë nga këto vepra mund të përjetësojnë vetë emrin e autorit të tyre. Por më e rëndësishmja nga punimet shkencore të Faradeit janë studimet e tij në fushën e elektronikës. elektromagnetizmi dhe induksioni elektrik.

Në kohën kur Faraday iu përkushtua përfundimisht kërkimeve në fushën e energjisë elektrike, u vërtetua se në kushte të zakonshme prania e një trupi të elektrizuar mjafton që ndikimi i tij të ngacmojë energjinë elektrike në çdo trup tjetër. Në të njëjtën kohë, dihej se teli nëpër të cilin kalon rryma dhe që është gjithashtu një trup i elektrizuar nuk ka asnjë efekt në telat e tjerë të vendosur aty pranë.

Këto rryma sekondare të çastit, të shkaktuara nga ndikimi i atyre parësore, u quajtën induktive nga Faraday dhe ky emër u është ruajtur deri më tani. Duke qenë të menjëhershme, duke u zhdukur menjëherë pas shfaqjes së tyre, rrymat induktive nuk do të kishin asnjë rëndësi praktike nëse Faraday nuk do të kishte gjetur një mënyrë, me ndihmën e një pajisjeje të zgjuar (komutator), për të ndërprerë vazhdimisht dhe për të kryer përsëri rrymën parësore që vjen nga bateria përmes teli i parë, për shkak të të cilit në telin e dytë vazhdimisht ngacmohet nga rrymat gjithnjë e më shumë induktive, duke u bërë kështu konstante. Kështu, u gjet një burim i ri i energjisë elektrike, përveç të njohurve më parë (proceset e fërkimit dhe kimik), - induksioni, dhe një lloj i ri i kësaj energjie - energji elektrike me induksion.

Puna e Oersted dhe Ampere kishte vendosur tashmë marrëdhënien midis magnetizmit dhe elektricitetit. Dihej se hekuri bëhet magnet kur rreth tij mbështillet një tel i izoluar dhe përmes këtij të fundit kalon një rrymë galvanike dhe se vetitë magnetike të këtij hekuri pushojnë sapo rryma ndalon.

Pastaj Faraday futi një magnet çeliku në spiralen e telit - afrimi dhe heqja e kësaj të fundit shkaktoi rryma induksioni në tel. Me një fjalë, magnetizmi, në kuptimin e ngacmimit të rrymave induktive, vepronte saktësisht në të njëjtën mënyrë si rryma galvanike.