Periudha e re në zhvillim Shkence fizike fillon me zbulimin e shkëlqyer të Faradeit induksioni elektromagnetik. Pikërisht në këtë zbulim u shfaq qartë aftësia e shkencës për të pasuruar teknologjinë me ide të reja. Tashmë vetë Faraday parashikoi ekzistencën e valëve elektromagnetike në bazë të zbulimit të tij. Më 12 mars 1832, ai vulosi një zarf me mbishkrimin "Pamjet e reja, tani për t'u mbajtur në një zarf të mbyllur në arkivat e Shoqërisë Mbretërore". Ky zarf u hap në vitin 1938. Doli se Faraday e kuptonte mjaft qartë se veprimet e induksionit përhapen me një shpejtësi të kufizuar në një mënyrë valore. “Unë e konsideroj të mundur zbatimin e teorisë së lëkundjeve në përhapjen e induksionit elektrik”, shkroi Faraday. Në të njëjtën kohë, ai vuri në dukje se “përhapja e një efekti magnetik kërkon kohë, domethënë, kur një magnet vepron në një magnet tjetër të largët ose një copë hekuri, shkaku ndikues (që do t'ia lejoj vetes ta quaj magnetizëm) përhapet. nga trupat magnetikë gradualisht dhe kërkon një kohë të caktuar për përhapjen e tij, e cila padyshim do të dalë shumë e vogël. Gjithashtu besoj se induksioni elektrik përhapet saktësisht në të njëjtën mënyrë. Besoj se përhapja e forcave magnetike nga pol magnetik i ngjashëm me hezitimin e një të trazuar sipërfaqe ujore ose në dridhjet e zërit grimcat e ajrit.
Faraday e kuptoi rëndësinë e idesë së tij dhe, duke mos qenë në gjendje ta provonte atë në mënyrë eksperimentale, vendosi me ndihmën e këtij zarfi "të siguronte zbulimin për vete dhe, në këtë mënyrë, të kishte të drejtë, në rast konfirmimi eksperimental, të shpallte këtë datë. data e zbulimit të tij”. Kështu, më 12 mars 1832, njerëzimi për herë të parë erdhi në idenë e ekzistencës valët elektromagnetike. Nga kjo datë fillon historia e zbulimeve radio.
Por zbulimi i Faradeit kishte rëndësia jo vetëm në historinë e teknologjisë. Ajo pati një ndikim të madh në zhvillimin e botëkuptimit shkencor. Që nga ky zbulim, një objekt i ri hyn në fizikë - fushë fizike. Kështu, zbulimi i Faradeit i përket atyre themelore zbulimet shkencore të cilat lënë gjurmë të dukshme në të gjithë historinë e kulturës njerëzore.
Libralidhës djali i farkëtarit të Londrës lindi në Londër më 22 shtator 1791. Autodidatet e shkëlqyera nuk patën mundësinë as të mbaronin Shkolla fillore dhe i hapi vetë rrugën shkencës. Ndërsa studionte libërlidhjen, ai lexonte libra, veçanërisht për kiminë, ai lexonte eksperimentet kimike. Duke dëgjuar leksionet publike të kimistit të famshëm Davy, ai më në fund u bind se profesioni i tij ishte shkenca dhe iu drejtua atij me një kërkesë për t'u punësuar në Institutin Mbretëror. Nga viti 1813, kur Faraday u pranua në institut si asistent laboratori, dhe deri në vdekjen e tij (25 gusht 1867), ai jetoi në shkencë. Tashmë në 1821, kur Faradei mori rrotullimin elektromagnetik, ai vendosi si qëllim të tij "ta kthejë magnetizmin në energji elektrike". Dhjetë vjet kërkime dhe punë të palodhur arritën kulmin me zbulimin më 29 gusht 1871 të induksionit elektromagnetik.
"Dyqind e tre këmbë tela bakri në një pjesë u mbështjellën në një daulle të madhe prej druri; dyqind e tre këmbë të tjera të të njëjtit tel u izoluan në një spirale midis kthesave të mbështjelljes së parë, kontakti metalik hiqej me anë të mjeteve. një kordoni.Njëra nga këto spirale ishte e lidhur me një galvanometër dhe tjetra me një bateri të ngarkuar mirë prej njëqind palë pllakash katër inç katrore, me pllaka të dyfishta bakri.Kur u bë kontakti, kishte një efekt i përkohshëm, por shumë i lehtë në galvanometër, dhe një efekt i ngjashëm i dobët ndodhi kur u hap kontakti me baterinë. Kështu e përshkroi Faraday përvojën e tij të parë të nxitjes së rrymave. Ai e quajti këtë lloj induksioni induksion voltaiko-elektrik. Ai vazhdon të përshkruajë përvojën e tij kryesore me unazën e hekurt, prototipin e modernes transformator.
"Një unazë ishte ngjitur nga një shufër e rrumbullakët prej hekuri të butë; trashësia e metalit ishte shtatë të tetat e inçit, dhe diameter i Jashtem unaza - gjashtë inç. Në njërën pjesë të kësaj unaze ishin mbështjellë tre spirale, secila përmbante rreth njëzet e katër këmbë tela bakri, një të njëzetat e një inç të trashë. Bobinat ishin të izoluara nga hekuri dhe nga njëra-tjetra..., duke zënë rreth nëntë centimetra përgjatë gjatësisë së unazës.Ato mund të përdoren veçmas dhe së bashku; ky grup caktohet A. Në anën tjetër të unazës u mbështjellë në të njëjtën mënyrë rreth gjashtëdhjetë këmbë të njëjtit tel bakri në dy pjesë, të cilat formonin një spirale B, që kishte të njëjtin drejtim si spiralet A, por të ndarë prej tyre. në çdo skaj për rreth gjysmë inç nga një hekur i zhveshur.
Spiralja B e lidhur telat e bakrit me një galvanometër të vendosur në një distancë prej tre këmbësh nga hekuri. Bobina të veçanta lidheshin skaj më skaj në mënyrë që të formonin një spirale të përbashkët, skajet e së cilës lidheshin me një bateri prej dhjetë palë pllakash prej katër inç katror. Galvanometri reagoi menjëherë, dhe shumë më i fortë se sa u vu re, siç përshkruhet më sipër, duke përdorur spirale dhjetë herë më të fuqishme, por pa hekur; megjithatë, përkundër mbajtjes së kontaktit, aksioni pushoi. Kur u hap kontakti me baterinë, shigjeta përsëri devijoi fuqishëm, por në drejtim të kundërt me atë të shkaktuar në rastin e parë.
Faraday hetoi më tej ndikimin e hekurit nga përvoja e drejtpërdrejtë, duke futur një shufër hekuri brenda një spirale të zbrazët, në këtë rast "rryma e induktuar kishte një efekt shumë të fortë në galvanometër. veprim i fortë". "Një veprim i ngjashëm është marrë më pas me ndihmën e zakonshme magnete Faraday e quajti këtë veprim induksioni magnetoelektrik, duke supozuar se natyra e induksionit voltaik dhe magnetoelektrik është e njëjtë.
Të gjitha eksperimentet e përshkruara përbëjnë përmbajtjen e pjesëve të para dhe të dyta të veprës klasike të Faradeit " Studime eksperimentale mbi energjinë elektrike", filloi më 24 nëntor 1831. Në pjesën e tretë të kësaj serie "Mbi gjendjen e re elektrike të materies", Faraday për herë të parë përpiqet të përshkruajë vetitë e reja të trupave të manifestuara në induksionin elektromagnetik. Ai e quan këtë veti. ai zbuloi "gjendjen elektrotonike". Ky është mikrobi i parë i fushës së idesë, i formuar më vonë nga Faraday dhe për herë të parë i formuluar saktësisht nga Maxwell. Seksioni i katërt i serisë së parë i kushtohet shpjegimit të fenomenit të Arago. Faraday e klasifikon saktë Ky fenomen si një fenomen induksioni dhe përpiqet me ndihmën e këtij fenomeni të "marrë një burim të ri të energjisë elektrike". Kur një disk bakri lëviz midis poleve të një magneti, ai fitoi rrymë në një galvanometër duke përdorur kontaktet rrëshqitëse. Ky ishte i pari. Makinë dinamo. Faraday përmbledh rezultatet e eksperimenteve të tij fjalët e mëposhtme: "Kështu u tregua se është e mundur të krijohet një rrymë konstante e energjisë elektrike me ndihmën e një magneti të zakonshëm." Nga eksperimentet e tij mbi induksionin në përcjellësit në lëvizje, Faraday nxori marrëdhënien midis polit të një magneti, përcjellësit në lëvizje dhe drejtimit të rrymës së induktuar, d.m.th., "ligji që rregullon prodhimin e energjisë elektrike me induksion magnetoelektrik". Si rezultat i kërkimit të tij, Faraday zbuloi se "aftësia për të nxitur rryma manifestohet në një rreth rreth boshtit të rezultantit magnetik ose forcës në të njëjtën mënyrë që magnetizmi i vendosur rreth një rrethi lind rreth një rryme elektrike dhe zbulohet prej tij". *.
* (M. Faraday, Kërkime eksperimentale mbi energjinë elektrike, vëll.I, Ed. AN SSSR, 1947, f. 57.)
Me fjalë të tjera, rreth ndryshores fluksi magnetik ka një vorbull fushe elektrike, ashtu si një fushë magnetike vorbull lind rreth një rryme elektrike. Ky fakt themelor u përgjithësua nga Maxwell në formën e dy ekuacioneve të tij të fushës elektromagnetike.
Studimi i dukurive të induksionit elektromagnetik, në veçanti i veprimit induktiv të fushës magnetike të Tokës, i kushtohet gjithashtu serisë së dytë të "Investigimeve", të filluara më 12 janar 1832. Seria e tretë, e filluar më 10 janar 1833. Faraday i kushtohet vërtetimit të identitetit lloje te ndryshme elektriciteti: elektrostatik, galvanik, shtazor, magnetoelektrik (domethënë i marrë nëpërmjet induksionit elektromagnetik). Faraday arriti në përfundimin se energjia elektrike mori menyra te ndryshme, cilësisht i njëjtë, ndryshimi në veprime është vetëm sasior. Kjo ishte goditja përfundimtare për konceptin e "lëngjeve" të ndryshme të rrëshirës dhe elektricitetit të qelqit, galvanizmit, elektricitetit të kafshëve. Energjia elektrike doli të ishte një entitet i vetëm, por polar.
Shumë e rëndësishme është seria e pestë e "Investigimeve" të Faradeit, e filluar më 18 qershor 1833. Këtu Faradei fillon hetimet e tij të elektrolizës, të cilat e çuan në vendosjen e ligjeve të famshme që mbajnë emrin e tij. Këto studime vazhduan në serinë e shtatë, e cila filloi më 9 janar 1834. Në këtë seri të fundit, Faraday propozon një terminologji të re: ai propozon të quhen polet që furnizojnë me rrymë elektrolitin. elektroda, thirrni elektrodën pozitive anodë, dhe negative katodë, grimcat e lëndës së depozituar që shkojnë në anodë që ai quan anionet, dhe grimcat që shkojnë në katodë - kationet. Më tej, ai zotëron kushtet elektrolit për substancat e degradueshme, jonet dhe ekuivalentet elektrokimike. Të gjitha këto terma mbahen fort në shkencë. Faradei nxjerr përfundimin e saktë nga ligjet që gjeti se mund të flitet për disa sasi absolute elektriciteti i lidhur me atomet e lëndës së zakonshme. "Megjithëse nuk dimë asgjë për atë që është një atom," shkruan Faraday, "ne imagjinojmë në mënyrë të pavullnetshme një grimcë të vogël që na shfaqet në mendje kur mendojmë për të; megjithatë, në të njëjtën injorancë apo edhe më të madhe që jemi në lidhje me energjinë elektrike, ne jemi as që mund të them nëse është një çështje e veçantë apo çështje, apo thjesht lëvizja e materies së zakonshme, apo një lloj tjetër force apo agjenti; megjithatë, ekziston një numër i madh faktesh që na bëjnë të mendojmë se atomet e materies janë disi të pajisura me ose të lidhur me forcat elektrike dhe atyre u detyrohen cilësitë e tyre më të shquara, përfshirë afinitetin e tyre kimik për njëri-tjetrin.
* (M. Faraday, Kërkime eksperimentale mbi energjinë elektrike, vëll.I, Ed. AN SSSR, 1947, f. 335.)
Kështu, Faraday shprehu qartë idenë e "elektrifikimit" të materies, strukturës atomike të elektricitetit dhe atomit të energjisë elektrike, ose, siç thotë Faraday, "sasia absolute e energjisë elektrike", rezulton të jetë "siç përcaktohet në veprimin e tij, si çdo prej ato sasi të cilat, duke mbetur të lidhura me grimcat e materies, i informojnë për to afiniteti kimik. Elementare ngarkesë elektrike, siç tregoi zhvillimi i mëtejshëm i fizikës, me të vërtetë mund të përcaktohet nga ligjet e Faradeit.
Seria e nëntë e "Investigimeve" të Faradeit kishte një rëndësi të madhe. Kjo seri, e nisur më 18 dhjetor 1834, trajtonte dukuritë e vetëinduksionit, rrymat shtesë të mbylljes dhe hapjes. Faraday thekson në përshkrimin e këtyre dukurive se megjithëse kanë veçori inercia, megjithatë, fenomeni i vetë-induksionit dallohet nga inercia mekanike nga fakti se ato varen nga forma dirigjent. Faraday vëren se "rryma shtesë është identike me ...rrymën e induktuar" * . Si rezultat, Faraday kishte një ide për kuptimin shumë të gjerë të procesit të induksionit. Në serinë e njëmbëdhjetë të studimeve të tij, të filluara më 30 nëntor 1837, ai shprehet: "Induksioni luan më së shumti. rol të përbashkët ne te gjithe dukuritë elektrike, në dukje duke marrë pjesë në secilën prej tyre dhe në realitet mbart tiparet e fillimit të parë dhe thelbësor "**. Në veçanti, sipas Faraday, çdo proces tarifimi është një proces induksioni, paragjykim ngarkesa të kundërta: "substancat nuk mund të ngarkohen absolutisht, por vetëm relativisht, sipas një ligji identik me induksionin. Çdo ngarkesë mbështetet nga induksioni. Të gjitha fenomenet tensionit përfshijnë fillimin e induksioneve" ***. Kuptimi i këtyre pohimeve të Faradeit është se çdo fushë elektrike ("dukuri e tensionit" - në terminologjinë e Faradeit) shoqërohet domosdoshmërisht nga një proces induksioni në medium ("zhvendosja" - në të fundit të Maxwell-it. terminologji). Ky proces përcaktohet nga vetitë e mediumit, "induktiviteti" i tij, në terminologjinë e Faradeit, ose "leshmëria dielektrike", në terminologjinë moderne. Përvoja e Faradeit me një kondensator sferik përcaktoi lejueshmërinë e një numri substancash në lidhje me ajri Këto eksperimente e forcuan Faradein në idenë e rolit thelbësor të mediumit në proceset elektromagnetike.
* (M. Faraday, Kërkime eksperimentale mbi energjinë elektrike, vëll.I, Ed. AN SSSR, 1947, f. 445.)
** (M. Faraday, Kërkime eksperimentale mbi energjinë elektrike, vëll.I, Ed. AN SSSR, 1947, f. 478.)
*** (M. Faraday, Kërkime eksperimentale mbi energjinë elektrike, vëll.I, Ed. AN SSSR, 1947, f. 487.)
Ligji i induksionit elektromagnetik u zhvillua në mënyrë të konsiderueshme nga fizikani rus i Akademisë së Shën Petersburgut. Emil Khristianovich Lenz(1804-1865). Më 29 nëntor 1833, Lenz raportoi në Akademinë e Shkencave kërkimin e tij "Për përcaktimin e drejtimit të rrymave galvanike të ngacmuara nga induksioni elektrodinamik". Lenz tregoi se induksioni magnetoelektrik i Faradeit është i lidhur ngushtë me forcat elektromagnetike të Amperit. "Propozimi me të cilin fenomeni magnetoelektrik reduktohet në atë elektromagnetik është si më poshtë: nëse një përcjellës metalik lëviz në afërsi të një rryme galvanike ose të një magneti, atëherë një rrymë galvanike ngacmohet në të në një drejtim të tillë që nëse ky përcjellës do të ishte i palëvizshëm, atëherë rryma mund të bëjë që ai të lëvizë në drejtim të kundërt; supozohet se përcjellësi në qetësi mund të lëvizë vetëm në drejtim të lëvizjes ose në drejtim të kundërt" * .
* (E. X. Lenz, Vepra të zgjedhura, Ed. AN SSSR, 1950, fq 148-149.)
Ky parim i Lenz zbulon energjinë e proceseve të induksionit dhe luajti një rol të rëndësishëm në punën e Helmholtz-it për vendosjen e ligjit të ruajtjes së energjisë. Vetë Lenz nxori nga sundimi i tij parimin e njohur në inxhinierinë elektrike të kthyeshmërisë së makinave elektromagnetike: nëse rrotulloni një spirale midis poleve të një magneti, ajo gjeneron një rrymë; përkundrazi, nëse i dërgohet një rrymë, ajo do të rrotullohet. Një motor elektrik mund të shndërrohet në gjenerator dhe anasjelltas. Duke studiuar veprimin e makinave magnetoelektrike, Lenz zbulon në 1847 reaksionin e armaturës.
Në 1842-1843. Lenz prodhoi një studim klasik "Mbi ligjet e gjenerimit të nxehtësisë nga rryma galvanike" (raportuar më 2 dhjetor 1842, botuar në 1843), të cilin ai e filloi shumë përpara eksperimenteve të ngjashme të Joule (mesazhi i Joule u shfaq në tetor 1841) dhe vazhdoi prej tij pavarësisht botimi Joule, “pasi eksperimentet e këtij të fundit mund të hasin në disa kundërshtime të justifikuara, siç është treguar tashmë nga kolegu ynë, zoti Akademik Hess” * . Lenz mat madhësinë e rrymës duke përdorur një busull tangjente - një pajisje e shpikur nga profesori i Helsingfort Johann Nerwander (1805-1848), dhe në pjesën e parë të mesazhit të tij ai studion këtë pajisje. Në pjesën e dytë të "Lëshimi i nxehtësisë në tela", raportuar më 11 gusht 1843, ai arrin në ligjin e tij të famshëm:
- "
- Ngrohja e telit me rrymë galvanike është proporcionale me rezistencën e telit.
- Ngrohja e telit nga një rrymë galvanike është proporcionale me katrorin e rrymës së përdorur për ngrohjen "**.
* (E. X. Lenz, Vepra të zgjedhura, Ed. AN SSSR, 1950, f. 361.)
** (E. X. Lenz, Vepra të zgjedhura, Ed. AN SSSR, 1950, f. 441.)
Ligji Joule-Lenz luajti një rol të rëndësishëm në vendosjen e ligjit të ruajtjes së energjisë. I gjithë zhvillimi i shkencës së fenomeneve elektrike dhe magnetike çoi në idenë e unitetit të forcave të natyrës, në idenë e ruajtjes së këtyre "forcave".
Pothuajse njëkohësisht me Faradein, një fizikan amerikan vëzhgoi induksionin elektromagnetik. Joseph Henri(1797-1878). Henri bëri një elektromagnet të madh (1828) i cili, i mundësuar nga një qelizë galvanike me rezistencë të ulët, mbante një ngarkesë prej 2000 paund. Faraday përmend këtë elektromagnet dhe tregon se me ndihmën e tij është e mundur të merret një shkëndijë e fortë kur hapet.
Henri për herë të parë (1832) vëzhgoi fenomenin e vetë-induksionit, dhe përparësia e tij shënohet nga emri i njësisë së vetë-induksionit "henry".
Në 1842 Henri themeloi karakter oshilator shkarkimi i një kavanozi Leiden. Gjilpëra e hollë e qelqit me të cilën ai hetoi këtë fenomen u magnetizua me polaritete të ndryshme, ndërsa drejtimi i shkarkimit mbeti i pandryshuar. "Shkarkimi, pavarësisht nga natyra e tij," përfundon Henri, "nuk përfaqësohet (duke përdorur teorinë e Franklin. - PK) si një transferim i vetëm i një lëngu pa peshë nga një pjatë në tjetrën; fenomeni i zbuluar na bën të pranojmë ekzistencën e shkarkimit kryesor. në një drejtim, dhe më pas disa lëvizje të çuditshme prapa dhe përpara, secila më e dobët se e fundit, duke vazhduar derisa të arrihet ekuilibri.
Fenomenet e induksionit po bëhen një temë kryesore në kërkimin fizik. Në 1845 një fizikan gjerman Franz Neumann(1798-1895) dha një shprehje matematikore ligji i induksionit, duke përmbledhur kërkimet e Faraday dhe Lenz.
Forca elektromotore e induksionit u shpreh nga Neumann si derivat kohor i disa funksioneve që induktojnë rrymën dhe konfigurimin e ndërsjellë të rrymave ndërvepruese. Neumann e quajti këtë funksion potenciali elektrodinamik. Ai gjithashtu gjeti një shprehje për koeficientin e induksionit të ndërsjellë. Në esenë e tij "Për ruajtjen e forcës" në 1847, Helmholtz nxjerr shprehjen e Neumann-it për ligjin e induksionit elektromagnetik nga konsideratat e energjisë. Në të njëjtën ese, Helmholtz pohon se shkarkimi i një kondensatori "nuk është ... një lëvizje e thjeshtë e energjisë elektrike në një drejtim, por ... rrjedha e tij në një drejtim ose në tjetrin midis dy pllakave në formën e lëkundjeve që bëhen gjithnjë e më i vogël dhe më pak, derisa më në fund e gjithë forca e gjallë të shkatërrohet nga shuma e rezistencave.
Në vitin 1853 William Thomson(1824-1907) dhanë teoria matematikore shkarkimi oscilues i një kondensatori dhe vendosi varësinë e periudhës së lëkundjes nga parametrat e qarkut oscilues (formula e Tomsonit).
Në vitin 1858 P. Blaserna(1836-1918) mori një kurbë eksperimentale të rezonancës së lëkundjeve elektrike, duke studiuar veprimin e një qarku nxitës të shkarkimit që përmban një bankë kondensator dhe përcjellës mbyllës në një qark anësor, me një gjatësi të ndryshueshme të përcjellësit të induktuar. Në të njëjtin 1858 Wilhelm Feddersen(1832-1918) vëzhgoi shkarkimin e shkëndijës së një kavanoz Leyden në një pasqyrë rrotulluese dhe në 1862 ai fotografoi imazhin e një shkarkimi shkëndijë në një pasqyrë rrotulluese. Kështu, natyra osciluese e shkarkimit u vërtetua me qartësi të plotë. Në të njëjtën kohë, formula Thomson u testua në mënyrë eksperimentale. Kështu, hap pas hapi, doktrina e luhatjet elektrike, që përbën bazën shkencore të inxhinierisë elektrike të rrymave alternative dhe radioinxhinierisë.
>> Zbulimi i induksionit elektromagnetik
Kapitulli 2. INDUKSIONI ELEKTROMAGNETIK
Deri më tani, ne kemi konsideruar fushat elektrike dhe magnetike që nuk ndryshojnë me kalimin e kohës. U zbulua se fusha elektrostatike krijohet nga grimcat e ngarkuara të palëvizshme, dhe fusha magnetike krijohet nga ato lëvizëse, d.m.th., rryma elektrike. Tani le të njihemi 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. Doli se 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.
§ 8 ZBULIMIN E INDUKSIONIT ELEKTROMAGNETIK
Në 1821, M. Faraday shkroi në ditarin e tij: "Kthejeni magnetizmin në energji elektrike". Pas 10 vitesh, ky problem u zgjidh nga ai.
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, M. Faraday, i cili ishte i sigurt në natyrën e unifikuar të fenomeneve elektrike dhe magnetike. Falë kësaj, ai bëri një zbulim që u bë baza për projektimin e gjeneratorëve të të gjitha termocentraleve në botë, të cilët shndërrojnë energjinë mekanike në energji të rrymës elektrike. (Burimet që funksionojnë sipas parimeve të tjera: qelizat galvanike, bateritë, etj., ofrojnë një pjesë të parëndësishme të energjisë elektrike të prodhuar.)
Rryma elektrike, argumentoi M. 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: një magnet lëvizës, ose një fushë magnetike që ndryshon me kalimin e kohës, mund të ngacmojë një rrymë elektrike në një spirale.
Çfarë lloj aksidentesh mund të pengojnë zbulimin, tregon fakti i mëposhtëm. Pothuajse njëkohësisht me Faradein, fizikani zviceran Colladon u përpoq të merrte një rrymë elektrike në një spirale duke përdorur një magnet. Gjatë punës së tij, ai përdori një galvanometër, gjilpëra e lehtë magnetike e të cilit ishte vendosur brenda spirales së pajisjes. Në mënyrë që magneti të mos kishte një efekt të drejtpërdrejtë në gjilpërë, skajet e spirales, ku Colladon futi magnetin, me shpresën për të marrë një rrymë në të, u çuan në dhomën tjetër dhe u lidhën atje me galvanometrin. Pasi futi magnetin në spirale, Colladon shkoi në dhomën tjetër dhe u zhgënjye kur u bind se galvanometri nuk tregonte rrymë. Nëse vetëm ai mund të shikonte galvanometrin gjatë gjithë kohës dhe t'i kërkonte dikujt të punonte me magnetin, do të bëhej një zbulim i jashtëzakonshëm. Por kjo nuk ndodhi. Një magnet në pushim në lidhje me një spirale nuk shkakton rrymë në të.
Përmbajtja e mësimit përmbledhje e mësimit mbështetja e prezantimit të mësimit në kuadër të metodave përshpejtuese teknologjitë ndërvepruese Praktikoni detyra dhe ushtrime workshope vetekzaminimi, trajnime, raste, kerkime diskutimi per detyrat e shtepise pyetje retorike nga nxenesit Ilustrime audio, videoklipe dhe multimedia foto, foto grafika, tabela, skema humori, anekdota, shaka, komike, shëmbëlltyra, thënie, fjalëkryqe, citate Shtesa abstrakte artikuj patate të skuqura për fletë mashtruese kureshtare tekste mësimore fjalor themelor dhe shtesë i termave të tjera Përmirësimi i teksteve dhe mësimevekorrigjimi i gabimeve në tekstin shkollor përditësimi i një fragmenti në tekstin shkollor elementet e inovacionit në mësim duke zëvendësuar njohuritë e vjetruara me të reja Vetëm për mësuesit leksione perfekte plani kalendar për vitin udhëzime programet e diskutimit Mësime të integruaraPërgjigje:
Hapi tjetër i rëndësishëm në zhvillimin e elektrodinamikës pas eksperimenteve të Amperit ishte zbulimi i fenomenit të induksionit elektromagnetik. Fizikani anglez Michael Faraday (1791 - 1867) zbuloi fenomenin e induksionit elektromagnetik.
Faraday, ende një shkencëtar i ri, si Oersted, mendonte se të gjitha forcat e natyrës janë të ndërlidhura dhe, për më tepër, se ato janë të afta të shndërrohen në njëra-tjetrën. Është interesante që Faraday e shprehu këtë ide edhe para vendosjes së ligjit të ruajtjes dhe transformimit të energjisë. Faraday e dinte për zbulimin e Amperit, se ai, në mënyrë figurative, e ktheu elektricitetin në magnetizëm. Duke reflektuar mbi këtë zbulim, Faraday arriti në përfundimin se nëse "energjia elektrike krijon magnetizëm", atëherë anasjelltas, "magnetizmi duhet të krijojë elektricitet". Dhe në vitin 1823, ai shkroi në ditarin e tij: "Kthejeni magnetizmin në energji elektrike". Për tetë vjet, Faraday punoi për zgjidhjen e problemit. Për një kohë të gjatë ai u ndoq nga dështimet, dhe, më në fund, në 1831 ai e zgjidhi atë - ai zbuloi fenomenin e induksionit elektromagnetik.
së pari, Faraday zbuloi fenomenin e induksionit elektromagnetik për rastin kur mbështjelljet mbështillen në të njëjtin daulle. Nëse një rrymë elektrike lind ose zhduket në njërën spirale si rezultat i lidhjes ose shkëputjes së një baterie galvanike me të, atëherë në spiralen tjetër shfaqet një rrymë afatshkurtër në atë moment. Kjo rrymë zbulohet nga një galvanometër i cili është i lidhur me spiralen e dytë.
Pastaj Faraday gjithashtu vendosi praninë rryma e induksionit në spirale, kur afrohej ose hiqej prej saj një spirale, në të cilën rridhte një rrymë elektrike.
më në fund, rasti i tretë i induksionit elektromagnetik, të cilin Faraday zbuloi, ishte se një rrymë u shfaq në spirale kur një magnet u fut ose hiqej prej saj.
Zbulimi i Faradeit tërhoqi vëmendjen e shumë fizikanëve, të cilët gjithashtu filluan të studiojnë veçoritë e fenomenit të induksionit elektromagnetik. Detyra tjetër ishte instalimi e drejta e zakonshme induksioni elektromagnetik. Ishte e nevojshme të zbulohej se si dhe nga çfarë varet forca e rrymës së induksionit në përcjellës ose nga cila varet vlera e forcës elektromotore të induksionit në përcjellësin në të cilin induktohet rryma elektrike.
Kjo detyrë doli e vështirë. Ajo u zgjidh plotësisht nga Faraday dhe Maxwell më vonë në kuadrin e doktrinës që ata zhvilluan për fushën elektromagnetike. Por për ta zgjidhur atë u përpoqën edhe fizikanët, të cilët iu përmbajtën teorisë së rrezeve të gjata të zakonshme për atë kohë në doktrinën e fenomeneve elektrike dhe magnetike.
Diçka që këta shkencëtarë arritën të bënin. Në të njëjtën kohë, ata u ndihmuan nga rregulli i zbuluar nga akademiku i Shën Petersburgut Emil Khristianovich Lenz (1804 - 1865) për gjetjen e drejtimit të rrymës së induksionit në raste të ndryshme induksioni elektromagnetik. Lenz e formuloi atë si më poshtë: "Nëse një përcjellës metalik lëviz pranë një rryme galvanike ose një magneti, atëherë një rrymë galvanike ngacmohet në të në një drejtim të tillë që nëse ky përcjellës do të ishte i palëvizshëm, atëherë rryma mund të bënte që ai të lëvizte në të kundërt. drejtimi; supozohet se përcjellësi në qetësi mund të lëvizë vetëm në drejtim të lëvizjes ose në drejtim të kundërt.
Ky rregull është shumë i përshtatshëm për përcaktimin e drejtimit të rrymës induktive. Ne e përdorim edhe tani, vetëm se tani është formuluar pak më ndryshe, me varrosjen e konceptit të induksionit elektromagnetik, të cilin Lenz nuk e përdori.
Por historikisht, rëndësia kryesore e rregullit të Lenz-it ishte se ai nxiti idenë se si t'i qasemi gjetjes së ligjit të induksionit elektromagnetik. Fakti është se në rregullin e atomit vendoset një lidhje midis induksionit elektromagnetik dhe fenomenit të bashkëveprimit të rrymave. Çështja e ndërveprimit të rrymave ishte zgjidhur tashmë nga Amperi. Prandaj, vendosja e kësaj lidhjeje fillimisht bëri të mundur përcaktimin e shprehjes për forcën elektromotore të induksionit në një përcjellës për një numër rastesh të veçanta.
V pamje e përgjithshme ligji i induksionit elektromagnetik, siç kemi thënë për të, u krijua nga Faraday dhe Maxwell.
Induksioni elektromagnetik - fenomeni i shfaqjes së një rryme elektrike në një qark të mbyllur kur ndryshon fluksi magnetik që kalon nëpër të.
Induksioni elektromagnetik u zbulua nga Michael Faraday më 29 gusht 1831. Ai zbuloi se forca elektromotore që ndodh në një qark të mbyllur përçues është proporcionale me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik nëpër sipërfaqen e kufizuar nga ky qark. Madhësia e forcës elektromotore (EMF) nuk varet nga ajo që shkakton ndryshimin e fluksit - një ndryshim në vetë fushën magnetike ose lëvizjen e një qarku (ose një pjesë të tij) në një fushë magnetike. Rryma elektrike e shkaktuar nga ky EMF quhet rrymë induksioni.
Vetë-induksioni - shfaqja e një EMF të induksionit në një qark të mbyllur përcjellës kur rryma që rrjedh nëpër qark ndryshon.
Kur rryma në qark ndryshon, fluksi magnetik nëpër sipërfaqen e kufizuar nga ky qark gjithashtu ndryshon proporcionalisht. Një ndryshim në këtë fluks magnetik, për shkak të ligjit të induksionit elektromagnetik, çon në ngacmimin e një EMF induktiv në këtë qark.
Ky fenomen quhet vetë-induksion. (Koncepti lidhet me konceptin e induksionit të ndërsjellë, duke qenë, si të thuash, rasti i tij i veçantë).
Drejtimi Vetë-induksioni EMF gjithmonë rezulton të jetë e tillë që kur rritet rryma në qark, EMF e vetë-induksionit parandalon këtë rritje (të drejtuar kundër rrymës), dhe kur rryma zvogëlohet, zvogëlohet (i bashkëdrejtuar me rrymën). Me këtë veti, EMF vetë-induksioni është i ngjashëm me forcën e inercisë.
Krijimi i stafetës së parë u parapri nga shpikja në 1824 nga anglezi Sturgeon i një elektromagneti - një pajisje që konverton rrymën elektrike hyrëse të një spirale teli të plagosur në një bërthamë hekuri në një fushë magnetike të krijuar brenda dhe jashtë kësaj bërthame. Fusha magnetike u fiksua (zbulua) nga efekti i saj në një material ferromagnetik që ndodhet afër bërthamës. Ky material u tërhoq në thelbin e elektromagnetit.
Më pas, efekti i shndërrimit të energjisë së një rryme elektrike në energji mekanike të një lëvizjeje kuptimplote të një materiali të jashtëm ferromagnetik (armatura) formoi bazën e pajisjeve të ndryshme të telekomunikacionit elektromekanik (telegrafia dhe telefonia), inxhinieria elektrike dhe industria e energjisë elektrike. Një nga pajisjet e para të tilla ishte një stafetë elektromagnetike, e shpikur nga amerikani J. Henry në 1831.
Induksioni elektromagnetik- ky është një fenomen që konsiston në shfaqjen e një rryme elektrike në një përcjellës të mbyllur si rezultat i ndryshimit të fushës magnetike në të cilën ndodhet. Ky fenomen u zbulua nga fizikani anglez M. Faraday në 1831. Thelbi i tij mund të shpjegohet me disa eksperimente të thjeshta.
Përshkruar në eksperimentet e Faradeit parimi i marrjes rrymë alternative përdoret në gjeneratorët me induksion energji elektrike në termocentrale ose hidrocentrale. Rezistenca ndaj rrotullimit të rotorit të gjeneratorit, e cila ndodh kur rryma e induksionit ndërvepron me fushën magnetike, kapërcehet nga funksionimi i një turbine me avull ose hidraulike që rrotullon rotorin. Gjeneratorë të tillë shndërrojnë energjinë mekanike në energji elektrike .
Rrymat vorbull, ose rrymat e Foucault
Nëse një përcjellës masiv vendoset në një fushë magnetike alternative, atëherë në këtë përcjellës, për shkak të fenomenit të induksionit elektromagnetik, lindin rryma të induksionit vorbull, të quajtura Rrymat e Fukosë.
Rryma vorbullore lindin gjithashtu kur një përcjellës masiv lëviz në një fushë magnetike konstante, por johomogjene në hapësirë. Rrymat e Fukosë kanë një drejtim të tillë që forca që vepron mbi to në një fushë magnetike ngadalëson lëvizjen e përcjellësit. Një lavjerrës në formën e një pllake të ngurtë metalike të bërë nga materiali jomagnetik, i cili lëkundet midis poleve të një elektromagneti, ndalon papritur kur ndizet fusha magnetike.
Në shumë raste, ngrohja e shkaktuar nga rrymat e Foucault rezulton të jetë e dëmshme dhe duhet të trajtohet. Bërthamat e transformatorëve, rotorët e motorëve elektrikë janë bërë nga pllaka hekuri të ndara të ndara nga shtresa të një izoluesi që parandalon zhvillimin e rrymave të mëdha të induksionit, dhe vetë pllakat janë bërë nga aliazhe me rezistencë të lartë.
Fusha elektromagnetike
Fusha elektrike e krijuar nga ngarkesat e palëvizshme është statike dhe vepron mbi ngarkesat. Një rrymë e drejtpërdrejtë shkakton shfaqjen e një fushe magnetike konstante në kohë, duke vepruar në ngarkesat dhe rrymat lëvizëse. elektrike dhe fushë magnetike ekzistojnë në këtë rast të pavarur nga njëri-tjetri.
Fenomeni induksioni elektromagnetik demonstron ndërveprimin e këtyre fushave, të vërejtura në substanca në të cilat ka ngarkesa të lira, d.m.th., në përçues. Një fushë magnetike e alternuar krijon një fushë elektrike alternative, e cila, duke vepruar në ngarkesa të lira, krijon një rrymë elektrike. Kjo rrymë, duke qenë e alternuar, gjeneron një fushë magnetike alternative, e cila krijon një fushë elektrike në të njëjtin përcjellës, etj.
Kombinimi i fushave të alternuara elektrike dhe të alternuara magnetike që gjenerojnë njëra-tjetrën quhet fushë elektromagnetike . Mund të ekzistojë gjithashtu në një medium ku nuk ka tarifa falas dhe përhapet në hapësirë në formë valë elektromagnetike.
klasike elektrodinamika- një nga arritjet më të larta të mendjes njerëzore. Ajo pati një ndikim të madh në zhvillimin e mëvonshëm të qytetërimit njerëzor, duke parashikuar ekzistencën e valëve elektromagnetike. Kjo më vonë çoi në krijimin e radios, televizionit, sistemeve të telekomunikacionit, navigimit satelitor, si dhe kompjuterëve, robotëve industrialë dhe shtëpiakë dhe atributeve të tjera të jetës moderne.
gur themeli Teoritë e Maksuellit ishte pohimi se vetëm një fushë elektrike alternative mund të shërbejë si burim i një fushe magnetike, vetëm si burim fushe elektrike, duke krijuar një rrymë induktive në përcjellës, është një fushë magnetike e alternuar. Prania e një përcjellësi në këtë rast nuk është e nevojshme - një fushë elektrike lind gjithashtu në hapësirën boshe. Linjat e një fushe elektrike alternative, në mënyrë të ngjashme me linjat e një fushe magnetike, janë të mbyllura. Fushat elektrike dhe magnetike të një valë elektromagnetike janë të barabarta.
Induksioni elektromagnetik në diagrame dhe tabela
Në 1821, Michael Faraday shkroi në ditarin e tij: "Kthejeni magnetizmin në energji elektrike". Pas 10 vitesh, ky problem u zgjidh nga ai.
Zbulimi i Faradeit
Nuk është rastësi që hapi i parë dhe më i rëndësishëm 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. Menjëherë pas zbulimit të Oersted, ai shkroi: “... duket shumë e pazakontë që, nga njëra anë, çdo rrymë elektrike shoqërohet nga një veprim magnetik me intensitetin e duhur, të drejtuar në kënde të drejta me rrymën dhe që në të njëjtën kohë. kohë në përcjellës të mirë të elektricitetit të vendosur në sferën e këtij veprimi, nuk është induktuar fare rrymë, nuk ka ndodhur asnjë veprim i dukshëm, i barabartë në forcë me një rrymë të tillë. Puna e palodhur për dhjetë vjet dhe besimi në sukses e çuan Faradein drejt zbulimit, i cili më vonë formoi bazën për projektimin e gjeneratorëve të të gjitha termocentraleve në botë, duke e kthyer energjinë mekanike në energji të rrymës elektrike. (Burimet që veprojnë sipas parimeve të tjera: qelizat galvanike, bateritë, termike dhe fotocelat - japin një pjesë të parëndësishme të energjisë elektrike të prodhuar.)
Për një kohë të gjatë, marrëdhënia midis fenomeneve elektrike dhe magnetike nuk mund të zbulohej. Ishte e vështirë të mendohej për pikën kryesore: vetëm një fushë magnetike që ndryshon nga koha mund të nxisë një rrymë elektrike në një spirale fikse, ose vetë spiralja duhet të lëvizë në një fushë magnetike.
Zbulimi i induksionit elektromagnetik, siç e quajti Faraday këtë fenomen, u bë më 29 gusht 1831. Një rast i rrallë kur data e një zbulimi të ri të jashtëzakonshëm dihet me kaq saktësi. Këtu Përshkrim i shkurtër përvoja e parë e 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 efekt i papritur, por jashtëzakonisht i dobët në galvanometër, dhe e njëjta gjë u vu re kur rryma ndaloi. Me kalimin e vazhdueshëm të rrymës nëpër njërën nga spiralet, nuk ishte e mundur të vihej re as efekti në galvanometër, as në përgjithësi ndonjë efekt induktiv në spiralen tjetër, pavarësisht kësaj. 5.1
duke argumentuar se ngrohja e të gjithë bobinës së lidhur me baterinë dhe shkëlqimi i shkëndijës që kërceu mes qymyrit, dëshmonte për fuqinë e baterisë.
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 në raport me njëra-tjetrën (Fig. 5.1). 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 shtytjes (ose tërheqjes) të magnetit (Fig. 5.2). Brenda një muaji, Faraday zbuloi eksperimentalisht të gjitha tiparet thelbësore të fenomenit të induksionit elektromagnetik. Mbeti vetëm t'i jepte ligjit një formë të rreptë sasiore dhe të zbulonte plotësisht natyrën fizike të fenomenit.
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 sipërfaqen e kufizuar nga ky qark. Dhe sa më shpejt të ndryshojë numri i linjave të induksionit magnetik, aq më e madhe është rryma 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 një përcjellës fiks për shkak të një ndryshimi në fuqinë aktuale në një spirale ngjitur dhe një ndryshim në numrin e linjave për shkak të lëvizjes së qarkut në një fushë magnetike johomogjene. , dendësia e vijave të të cilave ndryshon në hapësirë (Fig. 5.3).
Faraday jo vetëm që zbuloi fenomenin, por ishte gjithashtu i pari që ndërtoi një model të papërsosur por të papërsosur të një gjeneratori të rrymës elektrike që konverton energjinë mekanike të rrotullimit në rrymë. Ishte një disk masiv bakri që rrotullohej midis poleve të një magneti të fortë (Figura 5.4). Duke bashkangjitur boshtin dhe skajin e diskut me galvanometrin, Faraday zbuloi një devijim
V
\
\
\
\
\
\
\
\L
S Rryma ishte, megjithatë, e dobët, por parimi i gjetur bëri të mundur më pas ndërtimin gjeneratorë të fuqishëm. Pa to, energjia elektrike do të ishte ende një luks që pak njerëz mund ta përballojnë.
Në një qark të mbyllur përçues, një rrymë elektrike lind nëse lak është në një fushë magnetike alternative ose lëviz në një fushë që është konstante në kohë, kështu që numri i linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në lak ndryshon. Ky fenomen quhet induksion elektromagnetik.