|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Електромагнітна індукція. Історія та суть наукового відкриття
Довідник / Найважливіші наукові відкриття Після відкриттів Ерстеда и Ампера стало ясно, що електрика має магнітну силу. Тепер необхідно підтвердити вплив магнітних явищ на електричні. Це завдання блискуче вирішив Фарадей. Майкл Фарадей (1791-1867) народився в Лондоні, в одній з найбідніших його частин. Його батько був ковалем, а мати – дочкою землероба-орендаря. Коли Фарадей досяг шкільного віку, його віддали до початкової школи. Курс, пройдений Фарадеєм тут, був дуже вузький і обмежувався лише навчанням читання, письма та початків рахунку. За кілька кроків від будинку, в якому жила родина Фарадеїв, знаходилася книгарня, яка була разом з тим і палітурним закладом. Сюди-то й потрапив Фарадей, закінчивши курс початкової школи, коли постало питання про вибір професії для нього. Майклу тим часом минуло лише 13 років. Вже в юнацькому віці, коли Фарадей щойно починав свою самоосвіту, він прагнув спиратися лише на факти і перевіряти повідомлення інших власними дослідами. Ці прагнення домінували у ньому все життя як основні риси його наукової діяльності. Фізичні та хімічні досліди Фарадей став робити ще хлопчиком при першому ж знайомстві з фізикою та хімією. Якось Майкл відвідав одну з лекцій Гемфрі Деві, великого англійського фізика. Фарадей зробив докладний запис лекції, переплів її та відіслав Деві. Той був настільки вражений, що запропонував Фарадею працювати з ним як секретар. Незабаром Деві вирушив у подорож Європою і взяв із собою Фарадея. За два роки вони завітали до найбільших європейських університетів. Повернувшись до Лондона у 1815 році, Фарадей почав працювати асистентом в одній із лабораторій Королівського інституту в Лондоні. У той час це була одна з кращих фізичних лабораторій світу З 1816 по 1818 Фарадей надрукував ряд дрібних нотаток і невеликих мемуарів з хімії. До 1818 належить перша робота Фарадея з фізики. Спираючись на досліди своїх попередників і скомбінувавши кілька власних дослідів, до вересня 1821 Майкл надрукував "Історію успіхів електромагнетизму". Вже в цей час він становив цілком правильне поняття про сутність явища відхилення магнітної стрілки під дією струму. Досягши цього успіху, Фарадей цілих десять років залишає заняття у сфері електрики, присвятивши себе дослідженню низки предметів іншого роду. У 1823 року Фарадеєм було зроблено одне з найважливіших відкриттів у сфері фізики - він уперше домігся зрідження газу, разом із тим встановив простий, але дійсний метод обігу газів у рідину. У 1824 році Фарадей зробив кілька відкриттів у галузі фізики. Серед іншого він встановив той факт, що світло впливає на колір скла, змінюючи його. Наступного року Фарадей знову звертається від фізики до хімії, і результатом його робіт у цій галузі є відкриття бензину та сірчано-нафталінової кислоти. У 1831 році Фарадей опублікував трактат "Про особливий оптичний обман", що послужив основою прекрасного і цікавого оптичного снаряда, що називається "хромотропом". Того ж року вийшов ще один трактат вченого "Про вібруючі платівки". Багато з цих робіт могли самі собою обезсмертити ім'я їхнього автора. Але найважливішими з наукових праць Фарадея є його дослідження в галузі електромагнетизму та електричної індукції. Строго кажучи, важливий відділ фізики, що трактує явища електромагнетизму та індукційної електрики, і що має нині таке величезне значення для техніки, був створений Фарадеєм з нічого. На той час, коли Фарадей остаточно присвятив себе дослідженням у галузі електрики, було встановлено, що за звичайних умов достатньо присутності наелектризованого тіла, щоб його вплив порушив електрику у будь-якому іншому тілі. Разом з тим було відомо, що дріт, через який проходить струм і який також являє собою наелектризоване тіло, не впливає на поміщені поруч інші дроти. Чому залежав цей виняток? Ось питання, яке зацікавив Фарадея і рішення якого призвело його до найважливіших відкриттів у галузі індукційної електрики. За своїм звичаєм Фарадей почав ряд дослідів, які мали з'ясувати суть справи. На одну і ту ж дерев'яну качалку Фарадей намотав паралельно один одному два ізольовані дроти. Кінці одного дроту він з'єднав із батареєю з десяти елементів, а кінці іншого – з чутливим гальванометром. Коли був пропущений струм через перший дріт, Фарадей звернув всю свою увагу на гальванометр, очікуючи помітити по коливання його поява струму і в другому дроті. Однак нічого такого не було: гальванометр залишався спокійним. Фарадей вирішив збільшити силу струму та ввів у ланцюг 120 гальванічних елементів. Результат вийшов той самий. Фарадей повторив цей досвід десятки разів і все з тим самим успіхом. Будь-який інший на його місці залишив би досліди, переконаний, що струм, що проходить через дріт, не впливає на сусідній дріт. Але Фарадей намагався завжди витягти зі своїх дослідів і спостережень все, що вони можуть дати, і тому, не отримавши прямої дії на дріт, з'єднаний із гальванометром, почав шукати побічні явища. Відразу ж він помітив, що гальванометр, залишаючись цілком спокійним під час проходження струму, приходить у коливання при самому замиканні ланцюга та при розмиканні його. Виявилося, що в той момент, коли в перший дріт пропускається струм, а також коли це пропускання припиняється, в другому дроті також збуджується струм, що має в першому випадку протилежний напрямок з першим струмом і однаковий з ним у другому випадку, що триває лише одну мить. Ці вторинні миттєві струми, викликані впливом первинних, були названі Фарадеєм індуктивними, і ця назва збереглася за ними досі. Будучи миттєвими, миттєво зникаючи за своєю появою, індуктивні струми не мали б ніякого практичного значення, якби Фарадей не знайшов спосіб за допомогою дотепного пристосування (комутатора) безупинно переривати і знову проводити первинний струм, що йде від батареї по першому дроту, завдяки чому другий дроті безперервно збуджуються нові і нові індуктивні струми, що стають, таким чином, постійними. Так було знайдено нове джерело електричної енергії, крім раніше відомих (тертя та хімічних процесів), - індукція, і новий вид цієї енергії - індукційна електрика. Продовжуючи свої досліди, Фарадей відкрив далі, що досить простого наближення дроту, закрученого в замкнуту криву, до іншої, по якій йде гальванічний струм, щоб у нейтральному дроті порушити індуктивний струм напрямку, зворотного гальванічному струму, що видаляє нейтральний дроти. струм уже однакового напряму з гальванічним, що йде нерухомим дротом, і що, нарешті, ці індуктивні струми збуджуються тільки під час наближення і видалення дроту до провідника гальванічного струму, а без цього руху струми не збуджуються, як би близько один до одного дроту не знаходилися . Таким чином, було відкрито нове явище, аналогічне вищеописаному явищу індукції при замиканні та припинення гальванічного струму. Ці відкриття викликали, у свою чергу, нові. Якщо можна викликати індуктивний струм замиканням та припиненням гальванічного струму, то чи не вийде той самий результат від намагнічування та розмагнічування заліза? Роботи Ерстеда та Ампера встановили вже спорідненість магнетизму та електрики. Було відомо, що залізо робиться магнітом, коли навколо нього обмотаний ізольований дріт і останнім проходить гальванічний струм, і що магнітні властивості цього заліза припиняються, як тільки припиняється струм. Виходячи з цього, Фарадей придумав такого роду досвід: навколо залізного кільця було обмотано два ізольовані дроти; причому один дріт був обмотаний навколо однієї половини кільця, а інша - навколо іншої. Через один дріт пропускався струм від гальванічної батареї, а кінці іншої були з'єднані з гальванометром. І ось, коли струм замикався чи припинявся і коли, отже, залізне кільце намагнічувалося чи розмагнічувалося, стрілка гальванометра швидко вагалася і потім швидко зупинялася, тобто в нейтральному дроті порушувалися ті самі миттєві індуктивні струми - цього разу: вже під вплив. Таким чином, тут вперше магнетизм був перетворений на електрику. Отримавши ці результати, Фарадей вирішив урізноманітнити свої досліди. Замість залізного кільця він почав використовувати залізну смугу. Замість збудження в залізі магнетизму гальванічним струмом він намагнічував залізо дотиком до постійного сталевого магніту. Результат виходив той самий: у дроті, що обмотував залізо, завжди збуджувався струм у момент намагнічування та розмагнічування заліза. Потім Фарадей вносив у дротяну спіраль сталевий магніт - наближення та видалення останнього викликало у дроті індукційні струми. Словом, магнетизм, у сенсі порушення індукційних, струмів, діяв так само, як і гальванічний струм. У той час фізиків посилено займало одне загадкове явище, відкрите в 1824 Араго і не знаходило пояснення, незважаючи на; те, що цього пояснення посилено шукали такі видатні вчені на той час, як сам Араго, Ампер, Пуассон, Бабедж і Гершель. Справа полягала в наступному. Магнітна стрілка, що вільно висить, швидко приходить у стан спокою, якщо під неї підвести коло з немагнітного металу; якщо потім коло привести до обертального руху, магнітна стрілка починає рухатися за ним. У спокійному стані не можна було відкрити жодного тяжіння або відштовхування між колом і стрілкою, тим часом як те ж коло, що знаходилося в русі, тягло за собою не тільки легку стрілку, а й важкий магніт. Це справді чудове явище здавалося вченим того часу таємничою загадкою, що чимось виходить за межі природного. Фарадей, виходячи зі своїх вищевикладених даних, припустив, що гурток немагнітного металу, під впливом магніту, під час обертання оббігається індуктивними струмами, які впливають на магнітну стрілку і тягнуть її за магнітом. І дійсно, ввівши край гуртка між полюсами великого підковоподібного магніту і з'єднавши дротом центр і край гуртка з гальванометром, Фарадей отримав при обертанні гуртка постійний електричний струм. Потім Фарадей зупинився на іншому явище, що тоді викликало загальну цікавість. Як відомо, якщо посипати на магніт залізної тирси, вони групуються за певними лініями, званими магнітними кривими. Фарадей, звернувши увагу на це явище, дав у 1831 магнітним кривим назву "ліній магнітної сили", що увійшло потім у загальне вживання. Вивчення цих " ліній " призвело Фарадея до нового відкриття, виявилося, що порушення індуктивних струмів наближення і видалення джерела від магнітного полюса необов'язкові. Для збудження струмів достатньо перетнути відомим чином лінії магнітної сили. Подальші роботи Фарадея у згаданому напрямі набували, з сучасного йому погляду, характеру чогось зовсім чудового. На початку 1832 він демонстрував прилад, в якому збуджувалися індуктивні струми без допомоги магніту або гальванічного струму. Прилад складався із залізної смуги, поміщеної у дротяній котушці. Прилад цей за звичайних умов не давав жодної ознаки появи в ньому струмів; але тільки йому давалося напрям, відповідне напрямку магнітної стрілки, у дроті порушувався струм. Потім Фарадей давав положення магнітної стрілки одній котушці і потім вводив до неї залізну смугу: струм знову збуджувався. Причиною, яка викликала в цих випадках струм, був земний магнетизм, що викликав індуктивні струми подібно до звичайного магніту або гальванічного струму. Щоб наочніше показати і довести це, Фарадей зробив ще один досвід, який цілком підтвердив його міркування. Він міркував, що якщо коло з немагнітного металу, наприклад, з міді, обертаючись у положенні, при якому він перетинає лінії магнітної сили сусіднього магніту, дає індуктивний струм, то те ж коло, обертаючись без магніту, але в положенні, при якому коло перетинатиме лінії земного магнетизму, теж повинен дати індуктивний струм. І справді, мідне коло, що обертається в горизонтальній площині, дав індуктивний струм, який помітно відхиляв стрілку гальванометра. Ряд досліджень у галузі електричної індукції Фарадей закінчив відкриттям, зробленим у 1835 році, "індуктуючого впливу струму на самого себе". Він з'ясував, що при замиканні або розмиканні гальванічного струму в самому дроті, що є провідником цього струму, збуджуються моментальні індуктивні струми. Російський фізик Еміль Христофорович Ленц (1804–1861) дав правило визначення напрями індукційного струму. "Індукційний струм завжди спрямований так, що створюване ним магнітне поле ускладнює або гальмує рух, що викликає індукцію, - зазначає А.А. Коробко-Стефанов у своїй статті про електромагнітну індукцію. - Наприклад, при наближенні котушки до магніту виникає індукційний струм має такий напрям, що створене ним магнітне поле протилежне магнітному полю магніту.В результаті між котушкою і магнітом виникають сили відштовхування. Правило Ленца випливає із закону збереження та перетворення енергії. Якби індукційні струми прискорювали їхній рух, то створювалася б робота з нічого. Котушка сама собою після невеликого поштовху прагнула б назустріч магніту, і водночас індукційний струм виділяв би в ній теплоту. Насправді індукційний струм створюється за рахунок роботи зі зближення магніту і котушки. Чому виникає індукційний струм? Глибоке пояснення явища електромагнітної індукції дав англійський фізик Джемс Клерк Максвелл - Творець закінченої математичної теорії електромагнітного поля. Щоб краще зрозуміти суть справи, розглянемо простий досвід. Нехай котушка складається з одного витка дроту та пронизується змінним магнітним полем, перпендикулярним до площини витка. У котушці, звісно, виникає індукційний струм. Винятково сміливо та несподівано тлумачив цей експеримент Максвелл. При зміні магнітного поля в просторі, на думку Максвелла, виникає процес, для якого присутність дротяного витка не має жодного значення. Головне тут - виникнення замкнутих кільцевих ліній електричного поля, що охоплюють магнітне поле, що змінюється. Під дією електричного поля, що виникає, рухаються електрони, і в витку виникає електричний струм. Виток - це прилад, що дозволяє виявити електричне поле. Сутність явища електромагнітної індукції в тому, що змінне магнітне поле завжди породжує в навколишньому просторі електричне поле із замкнутими силовими лініями. Таке поле називається вихровим”. Дослідження у сфері індукції, виробленої земним магнетизмом, дали Фарадею можливість висловити ще 1832 року ідею телеграфу, яка потім лягла основою цього винаходу. А взагалі відкриття електромагнітної індукції недарма відносять до найвидатніших відкриттів XIX століття - на цьому явищі засновано роботу мільйонів електродвигунів і генераторів електричного струму в усьому світі. Автор: Самін Д.К.
▪ Рентгенівське випромінювання
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Як мозок запам'ятовує обличчя ▪ Білий екран для фільму не потрібен
▪ розділ сайту Конспекти лекцій, шпаргалки. Добірка статей ▪ стаття У бананово-лимонному Сінгапурі. Крилатий вислів ▪ стаття Що таке пластична операція? Детальна відповідь ▪ стаття Валеріана аптечна. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Мережевий таймер із витримкою 5 хв. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Фарбувальні речовини із рослин. Хімічний досвід
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page