Кто открыл явление электромагнитной индукции и когда: 1.Кто открыл явление электромагнитной индукции? Ответ: Г. Б. С. Якоби Б. М. Фарадей Э. Х.

Содержание

1.Кто открыл явление электромагнитной индукции? Ответ: Г. Б. С. Якоби Б. М. Фарадей Э. Х.

Терміново потрібно рішення, бажано з поясненням

Выбрав за тело отсчета березу, растущую посреди тротуара, юный любитель физики отошел от нее на 7 м в западном направлении и включил секундомер. Через … 3 мин., продолжая движение в западном направлении, он удалился от березы на 351 м. С какой скоростью двигался юный любитель физики? Ответ (округлите до десятых)

Рис. 3.13 ометре (рис. 3.1). демонстрируя отсутствие едующим образом. Под ского поля отрицательно строны движутся к ниж- 1. Это движение приво- модулю … разноимённых пектрометра. Таким об- оводника электрическое этого поля противопо- внешнего поля. Движе- нащается, когда силы становятся равны по Экспериментальное задание 3.2 Работаем самостоятельно Оборудование: две пластмассовые ручки, нить. Привяжите нить на пластмассовую ручку так, чтобы два её конца длиной по 10 см висели параллельно. Это будет ваш «электроскоп» (рис.

3.14). Чтобы концы нити не слипа- лись и не скручивались, протяните их несколько раз меж- ду мокрыми пальцами. Наэлектризуйте другую ручку трени- ем о ткань и прикоснитесь ею несколько раз к месту, где привязана нить (рис. 3.15). Когда концы нити «электроско- па» разойдутся, попробуйте разрядить его прикосновением к месту, где привязана нить, сначала сухим, а затем мок- рым пальцем. Объясните результаты опытов и поясните, чем они важ- ны в практической жизни. юля. ктронов в проводнике го поля и разделения внутри проводника внешнее поле, назы- Библиотека СОШ No20 тической индукции из диэлектриков? нита и других ди- ягиваются к телам, грицательно. Опы- нической индукции Гить диэлектрик в оляризацией. По- Hных электриче- или молекул под Силы действия UVV у атома и на 2 14 Рис. 3.15

фізика 8 класзадание №3

Помогите пожалуйста срочно дам много баллов

санки тянут силой 35 н, сила трения 15 н масса тела 2 кг найти работу сил тяги трения и тяжести если тело движется горизонтально s = 10 m

Плиз помогите,дам 20 баллов

3. Разрешите спор. Таня и Петя решают экспериментальную задачу по определению линейкой толщины одного листа книги, содержащей 300 страница Петя утверж … дает, что это можно сделать прямым измерением ли- нейкой толщины листа. Таня же считает, что определение толщины листа — это косвенное измерение. А как считаете вы? Обоснуйте свой ответ.

5) На земній поверхні є області, де магнітна індукція магнітного поля Землі значно більша, ніж у сусідніх районах. Скористайтеся додатковими дже- рела … ми інформації та дізнайтесь про магнітні аномалії детальніше.

мальчик стреляет из лука вертикально вверх.На какую высоту взлетела стрела,если её начальная скорость 10 м/с.сопротивнением воздуха принебречь

Кто открыл явление электромагнитной индукции?

Прежде, чем ответить на вопрос о том, кто открыл явление электромагнитной индукции, рассмотрим какая ситуация сложилась в то время в научном мире в соответствующей области знаний. Открытие в 1820 г. Х.К. Эрстедом магнитного поля вокруг проволоки с током вызвало широкий резонанс в научных кругах.

Было проведено много экспериментов в области электричества. Идею электромагнитного вращения около проводника с током предложил Волластон. М. Фарадей к этой идее пришел сам и создал первую модель электродвигателя в 1821 г. Ученый обеспечил действие тока на один полюс магнита, при помощи ртутного контакта реализовал непрерывное вращение магнита вокруг проводника с током. Именно тогда М. Фарадей в своем дневнике сформулировал следующую задачу: превратить магнетизм в электричество. На решение данной задачи ушло почти десять лет. Только в ноябре 1831 М. Фарадей начал системно публиковать результаты своих исследований на эту тему. Классическими опытами Фарадея по обнаружению явления электромагнитной индукции стали:
Первый опыт:
Берется гальванометр, который замкнут на соленоид. В соленоид вдвигают или выдвигают постоянный магнит. При движении магнита наблюдают отклонение стрелки гальванометра, который показывает появление тока индукции. При этом, чем выше скорость движения магнита относительно катушки, тем больше отклонение стрелки.

Если полюса магнита поменять, то изменится направление отклонения стрелки гальванометра. Надо сказать, что в разновидности данного опыта магнит можно сделать неподвижным и передвигать соленоид относительно магнита.
Второй опыт:
Имеются две катушки. Одна вставлена в другую. Концы одной катушки присоединяются к гальванометру. Через другую катушку пропускают электрический ток. Стрелка гальванометра отклоняется в моменты включения (выключения) тока, его изменения (увеличения или уменьшения) или при движении катушек по отношению друг к другу. При этом направление отклонения стрелки гальванометра противоположны при включении и выключении тока (уменьшении — увеличении).
Проведя обобщение своих экспериментов, М. Фарадей сделал вывод о том, что ток индукции появляется всегда, когда поток магнитной индукции, сцепленный с контуром, изменяется. Кроме того, было получено, что величина тока индукции не зависит от способа, каким происходит изменение магнитного потока, а определена скоростью его изменения.

В своих экспериментах М. Фарадей показывал, что угол отклонения стрелки гальванометра зависит от скорости движения магнита (или скорости изменения силы тока, или скорости движения катушек). И так, результаты экспериментов Фарадея в этой области можно свести к следующему:
Электродвижущая сила индукции появляется при изменении магнитного потока (см. подробнее страничку «В чем заключается явление электромагнитной индукции»).
Установленную М. Фарадеем связь между электричеством и магнетизмом Максвелл записал в математическом виде. В настоящее время эту запись мы знаем как закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) (стр.«В чем заключается явление электромагнитной индукции» ).

Закон электромагнитной индукции. Кто открыл явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции было открыто Майлом Фарадеем в 1831 году. Еще за 10 лет до этого Фарадей думал о способе превратить магнетизм в электричество. Он считал, что магнитное поле и электрическое поле должны быть как-то связаны.

Открытие электромагнитной индукции

Например, с помощью электрического поля можно намагнитить железный предмет. Наверное, должна существовать возможность с помощью магнита получить электрический ток.

Сначала Фарадей открыл явление электромагнитной индукции в неподвижных относительно друг друга проводниках. При возникновении в одной из них тока в другой катушке тоже индуцировался ток. Причем в дальнейшем он пропадал, и появлялся снова лишь при выключении питания одной катушки.

Через некоторое время Фарадей на опытах доказал, что при перемещении катушки без тока в цепи относительно другой, на концы которой подается напряжение, в первой катушке тоже будет возникать электрический ток.

Следующим опытом было введение в катушку магнита, и при этом тоже в ней появлялся ток. Данные опыты показаны на следующих рисунках.

Фарадеем была сформулирована основная причина появления тока в замкнутом контуре. В замкнутом проводящем контуре ток возникает при изменении числа линий магнитной индукции, которые пронизывают этот контур.

Чем больше будет это изменение, тем сильнее получится индукционный ток. Неважно, каким образом мы добьемся изменения числа линий магнитной индукции. Например, это можно сделать движением контура в неоднородном магнитном поле, как это происходило в опыте с магнитом или движением катушки. А можем, например, изменять силу тока в соседней с контуром катушке, при этом будет изменяться магнитное поле, создаваемое этой катушкой.

Формулировка закона

Подведем краткий итог. Явление электромагнитной индукции – это явление возникновения тока в замкнутом контуре, при изменении магнитного поля в котором находится этот контур.

Для более точной формулировки закона электромагнитной индукции необходимо ввести величину, которая бы характеризовала магнитное поле – поток вектора магнитной индукции.

Магнитный поток

Вектор магнитной индукции обозначается буквой B. Он будет характеризовать магнитное поле в любой точке пространства. Теперь рассмотрим замкнутый контур, ограничивающий поверхность площадью S. 2, которая расположена перпендикулярно вектору магнитной индукции.

После открытий Эрстеда и Ампера стало ясно, что электричество обладает магнитной силой. Теперь необходимо было подтвердить влияние магнитных явлений на электрические. Эту задачу блистательно решил Фарадей.

Майкл Фарадей (1791-1867) родился в Лондоне, в одной из беднейших его частей. Его отец был кузнецом, а мать — дочерью земледельца-арендатора. Когда Фарадей достиг школьного возраста, его отдали в начальную школу. Курс, пройденный Фарадеем здесь, был очень узок и ограничивался только обучением чтению, письму и началам счета.

В нескольких шагах от дома, в котором жила семья Фарадеев, находилась книжная лавка, бывшая вместе с тем и переплетным заведением. Сюда-то и попал Фарадей, закончив курс начальной школы, когда возник вопрос о выборе профессии для него. Майклу в это время минуло только 13 лет. Уже в юношеском возрасте, когда Фарадей только что начинал свое самообразование, он стремился опираться исключительно только на факты и проверять сообщения других собственными опытами.

Эти стремления доминировали в нем всю жизнь как основные черты его научной деятельности Физические и химические опыты Фарадей стал проделывать еще мальчиком при первом же знакомстве с физикой и химией. Однажды Майкл посетил одну из лекций Гэмфри Дэви, великого английского физика.

Фарадей сделал подробную запись лекции, переплел ее и отослал Дэви. Тот был настолько поражен, что предложил Фарадею работать с ним в качестве секретаря. Вскоре Дэви отправился в путешествие по Европе и взял с собой Фарадея. За два года они посетили крупнейшие европейские университеты.

Вернувшись в Лондон в 1815 году, Фарадей начал работать ассистентом в одной из лабораторий Королевского института в Лондоне. В то время это была одна из лучших физических лабораторий мира С 1816 по 1818 год Фарадей напечатал ряд мелких заметок и небольших мемуаров по химии. К 1818 году относится первая работа Фарадея по физике.

Добившись этого успеха, Фарадей на целых десять лет оставляет занятия в области электричества, посвятив себя исследованию целого ряда предметов иного рода. В 1823 году Фарадеем было произведено одно из важнейших открытий в области физики — он впервые добился сжижения газа, и вместе с тем установил простой, но действительный метод обращения газов в жидкость. В 1824 году Фарадей сделал несколько открытий в области физики.

Среди прочего он установил тот факт, что свет влияет на цвет стекла, изменяя его. В следующем году Фарадей снова обращается от физики к химии, и результатом его работ в этой области является открытие бензина и серно-нафталиновой кислоты.

В 1831 году Фарадей опубликовал трактат «Об особого рода оптическом обмане», послуживший основанием прекрасного и любопытного оптического снаряда, именуемого «хромотропом». В том же году вышел еще один трактат ученого «О вибрирующих пластинках». Многие из этих работ могли сами- по себе обессмертить имя их автора. Но наиболее важными из научных работ Фарадея являются его исследования в области электромагнетизма и электрической индукции.

Строго говоря, важный отдел физики, трактующий явления электромагнетизма и индукционного электричества, и имеющий в настоящее время такое громадное значение для техники, был создан Фарадеем из ничего.

К тому времени, когда Фарадей окончательно посвятил себя исследованиям в области электричества, было установлено, что при обыкновенных условиях достаточно присутствия наэлектризованного тела, чтобы влияние его возбудило электричество во всяком другом теле. Вместе с тем было известно, что проволока, по которой проходит ток и которая также представляет собою наэлектризованное тело, не оказывает никакого влияния на помещенные рядом другие проволоки.

Отчего зависело это исключение? Вот вопрос, который заинтересовал Фарадея и решение которого привело его к важнейшим открытиям в области индукционного электричества. По своему обыкновению Фарадей начал ряд опытов, долженствовавших выяснить суть дела.

На одну и ту же деревянную скалку Фарадей намотал параллельно друг другу две изолированные проволоки. Концы одной проволоки он соединил с батареей из десяти элементов, а концы другой — с чувствительным гальванометром. Когда был пропущен ток через первую проволоку,

Фарадей обратил все свое внимание на гальванометр, ожидая заметить по колебаниям его появление тока и во второй проволоке. Однако ничего подобного не было: гальванометр оставался спокойным. Фарадей решил увеличить силу тока и ввел в цепь 120 гальванических элементов. Результат получился тот же. Фарадей повторил этот опыт десятки раз и все с тем же успехом.

Всякий другой на его месте оставил бы опыты, убежденный, что ток, проходящий через проволоку, не оказывает никакого действия на соседнюю проволоку. Но фарадей старался всегда извлечь из своих опытов и наблюдений все, что они могут дать, и потому, не получив прямого действия на проволоку, соединенную с гальванометром, стал искать побочные явления.

Сразу же он заметил, что гальванометр, оставаясь совершенно спокойным во все время прохождения тока, приходит в колебание при самом замыкании цепи и при размыкании ее Оказалось, что в тот момент, когда в первую проволоку пропускается ток, а также когда это пропускание прекращается, во второй проволоке также возбуждается ток, имеющий в первом случае противоположное направление с первым током и одинаковое с ним во втором случае и продолжающийся всего одно мгновение.

Эти вторичные мгновенные токи, вызываемые влиянием первичных, названы были Фарадеем индуктивными, и это название сохранилось за ними доселе. Будучи мгновенными, моментально исчезая вслед за своим появлением, индуктивные токи не имели бы никакого практического значения, если бы Фарадей не нашел способ при помощи остроумного приспособления (коммутатора) беспрестанно прерывать и снова проводить первичный ток, идущий от батареи по первой проволоке, благодаря чему во второй проволоке беспрерывно возбуждаются все новые и новые индуктивные токи, становящиеся, таким образом, постоянными. Так был найден новый источник электрической энергии, помимо ранее известных (трения и химических процессов), — индукция, и новый вид этой энергии — индукционное электричество.

Продолжая свои опыты, Фарадей открыл далее, что достаточно простого приближения проволоки, закрученной в замкнутую кривую, к другой, по которой идет гальванический ток, чтобы в нейтральной проволоке возбудить индуктивный ток направления, обратного гальваническому току, что удаление нейтральной проволоки снова возбуждает в ней индуктивный ток уже одинакового направления с гальваническим, идущим по неподвижной проволоке, и что, наконец, эти индуктивные токи возбуждаются только во время приближения и удаления проволоки к проводнику гальванического тока, а без этого движения токи не возбуждаются, как бы близко друг к другу проволоки ни находились.

Таким образом, было открыто новое явление, аналогичное вышеописанному явлению индукции при замыкании и прекращении гальванического тока. Эти открытия вызвали в свою очередь новые. Если можно вызвать индуктивный ток замыканием и прекращением гальванического тока, то не получится ли тот же результат от намагничивания и размагничивания железа?

Работы Эрстеда и Ампера установили уже родство магнетизма и электричества. Было известно, что железо делается магнитом, когда вокруг него обмотана изолированная проволока и по последней проходит гальванический ток, и что магнитные свойства этого железа прекращаются, как только прекращается ток.

Исходя из этого, Фарадей придумал такого рода опыт: вокруг железного кольца были обмотаны две изолированные проволоки; причем одна проволока была обмотана вокруг одной половины кольца, а другая — вокруг другой. Через одну проволоку пропускался ток от гальванической батареи, а концы другой были соединены с гальванометром. И вот, когда ток замыкался или прекращался и когда, следовательно, железное кольцо намагничивалось или размагничивалось, стрелка гальванометра быстро колебалась и затем быстро останавливалась, то есть в нейтральной проволоке возбуждались все те же мгновенные индуктивные токи — на этот раз: уже под влиянием магнетизма.

Таким образом, здесь впервые магнетизмбыл превращен в электричество. Получив эти результаты, Фарадей решил разнообразить свои опыты. Вместо железного кольца он стал употреблять железную полосу. Вместо возбуждения в железе магнетизма гальваническим током он намагничивал железо прикосновением его к постоянному стальному магниту. Результат получался тот же: в проволоке, обматывавшей железо, всегда! возбуждался ток в момент намагничивания и размагничивания железа.

Затем Фарадей вносил в проволочную спираль стальной магнит — приближение и удаление последнего вызывало в проволоке индукционные токи. Словом, магнетизм, в смысле возбуждения индукционных, токов, действовал совершенно так же, как и гальванический ток.

Дело состояло в следующем. Магнитная стрелка, свободно висящая, быстро приходит в состояние покоя, если под нее подвести круг из немагнитного металла; если затем круг привести во вращательное движение, магнитная стрелка начинает двигаться за ним.

В спокойном состоянии нельзя было открыть ни малейшего притяжения или отталкивания между кругом и стрелкой, между тем как тот же круг, находившийся в движении, тянул за собою не только легкую стрелку, но и тяжелый магнит. Это поистине чудесное явление казалось ученым того времени таинственной загадкой, чем-то выходящим за пределы естественного.

Фарадей, исходя из своих вышеизложенных данных, сделал предположение, что кружок немагнитного металла, под влиянием магнита, во время вращения обегается индуктивными токами, которые оказывают воздействие на магнитную стрелку и влекут ее за магнитом.

И действительно, введя край кружка между полюсами большого подковообразного магнита и соединив проволокою центр и край кружка с гальванометром, Фарадей получил при вращении кружка постоянный электрический ток.

Изучение этих «линий» привело Фарадея к новому открытию, оказалось, что для возбуждения индуктивных токов приближение и удаление источника от магнитного полюса необязательны. Для возбуждения токов достаточно пересечь известным образом линии магнитной силы.

Дальнейшие работы Фарадея в упомянутом направлении приобретали, с современной ему точки зрения, характер чего-то совершенно чудесного. В начале 1832 года он демонстрировал прибор, в котором возбуждались индуктивные токи без помощи магнита или гальванического тока.

Прибор состоял из железной полосы, помещенной в проволочной катушке. Прибор этот при обыкновенных условиях не давал ни малейшего признака появления в нем токов; но лишь только ему давалось направление, соответствующее направлению магнитной стрелки, в проволоке возбуждался ток.

Он рассуждал, что если круг из немагнитного металла, например, из меди, вращаясь в положении, при котором он пересекает линии магнитной силы соседнего магнита, дает индуктивный ток, то тот же круг, вращаясь в отсутствие магнита, но в положении, при котором круг будет пересекать линии земного магнетизма, тоже должен дать индуктивный ток.

И действительно, медный круг, вращаемый в горизонтальной плоскости, дал индуктивный ток, производивший заметное отклонение стрелки гальванометра. Ряд исследований в области электрической индукции Фарадей закончил открытием, сделанным в 1835 году, «индуктирующего влияния тока на самого себя».

Он выяснил, что при замыкании или размыкании гальванического тока в самой проволоке, служащей проводником для этого тока, возбуждаются моментальные индуктивные токи.

Русский физик Эмиль Христофорович Ленц (1804-1861) дал правило для определения направления индукционного тока. «Индукционный ток всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле затрудняет или тормозит вызывающее индукцию движение, — отмечает А.А. Коробко-Стефанов в своей статье об электромагнитной индукции. — Например, при приближении катушки к магниту возникающий индукционный ток имеет такое направление, что созданное им магнитное поле будет противоположно магнитному полю магнита. В результате между катушкой и магнитом возникают силы отталкивания.

Правило Ленца вытекает из закона сохранения и превращения энергии. Если бы индукционные токи ускоряли вызывающее их движение, то создавалась бы работа из ничего. Катушка сама собой после небольшого толчка устремлялась бы навстречу магниту, и одновременно индукционный ток выделял бы в ней теплоту. В действительности же индукционный ток создается за счет работы по сближению магнита и катушки.

Почему возникает индукционный ток? Глубокое объяснение явления электромагнитной индукции даланглийский физик Джемс Клерк Максвелл — творец законченной математической теории электромагнитного поля.

При изменении магнитного поля в пространстве, по мысли Максвелла, возникает процесс, для которого присутствие проволочного витка не имеет никакого значения. Главное здесь — возникновение замкнутых кольцевых линий электрического поля, охватывающих изменяющееся магнитное поле. Под действием возникающего электрического поля приходят в движение электроны, и в витке возникает электрический ток. Виток — это просто прибор, позволяющий обнаружить электрическое поле.

Сущность же явления электромагнитной индукции в том, что переменное магнитное поле всегда порождает в окружающем пространстве электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. Такое поле называется вихревым».

Изыскания в области индукции, производимой земным магнетизмом, дали Фарадею возможность высказать еще в 1832 году идею телеграфа, которая затем и легла в основу этого изобретения. А вообще открытие электромагнитной индукции недаром относят к наиболее выдающимся открытиям XIX века — на этом явлении основана работа миллионов электродвигателей и генераторов электрического тока во всем мире…

Источник информации: Самин Д. К. «Сто великих научных открытий»., М.:«Вече», 2002 г.

Ответ:

Следующим важным шагом в развитии электродинамики после опытов Ампера было открытие явления электромагнитной индукции. Открыл явление электромагнитной индукции английский физик Майкл Фарадей (1791 — 1867).

Фарадей, будучи еще моло дым ученым, так же как и Эрстед, думал, что все силы природы связаны между собой и, более того, что они способны превращаться друг в друга. Интересно, что эту мысль Фарадей высказывал еще до установления закона сохранения и превращения энергии. Фарадей знал об открытии Ампера, о том, что он, говоря образным языком, превратил злектричество в магнетизм. Раздумывая над этим открытием, Фарадей пришел к мысли, что если “электричество создает магнетизм” , то и наоборот, “магнетизм должен создавать электричество”. И вот еще в 1823 г. он записал в своем дневнике: “Обратить магнетизм в электричество”. В течение восьми лет Фарадей работал над решением поставленной задачи. Долгое время его преследовали неудачи, и, наконец, в 1831 г. он решил ее — открыл явление электромагнитной индукции.

во-первых, Фарадей обнаружил явление электромагнитной индукции для случая, когда катушки намотаны на один и тот же барабан. Если в одной катушке возникает или пропадает электрический ток в результате подключения к ней или отключения от нее гальванической батареи, то в другой катушке в этот момент возникает кратковременный ток. Этот ток обнаруживается гальванометром, который присоединен ко второй катушке.

Затем Фарадей установил также наличие индукционного тока в катушке, когда к ней приближали или удаляли от нее катушку, в которой протекал электрический ток.

наконец, третий случай электромагнитной индукции, который обнаружил Фарадей, заключался в том, что в катушке появлялся ток, когда в нее вносили или же удаляли из нее магнит.

Открытие Фарадея привлекло внимание многих физиков, которые также стали изучать особенности явления электромагнитной индукции. На очереди стояла задача установить общий закон электромагнитной индукции. Нужно было выяснить, как и от чего зависит сила индукционного тока в проводнике или от чего зависит значение электродвижущей силы индукции в проводнике, в котором индуцируется электрический ток.

Эта задача оказалась трудной. Она была полностью решена Фарадеем и Максвеллом позже в рамках развитого ими учения об электромагнитном поле. Но ее пытались решить и физики, которые придерживались обычной для того времени теории дальнодействия в учении об электрических и магнитных явлениях.

Кое-что этим ученым удалось сделать. При этом им по могло открытое петербургским академиком Эмилием Христиановичем Ленцем (1804 — 1865) правило для нахождения направления индукционного тока в разных случаях электромагнитной индукции. Ленц сформулировал его так: “Если металлический проводник движется поблизости от гальванического тока или магнита, то в нем возбуждается гальванический ток такого направления, что если бы данный проводник был неподвижным, то ток мог бы обусловить его перемещение в противоположную сторону; при этом предполагается, что покоящийся проводник может перемещаться только в направлении движения или в противоположном направлении”.

Это правило очень удобно для определения направления ицдукционного тока. Им мы пользуемся и сейчас, только оно сейчас формулируется несколько иначе, с упогребпением понятия электромагнитной индукции, которое Ленц не использовал.

Но исторически главное значение правила Ленца заключалось в том, что оно натолкнуло на мысль, каким путем подойти к нахождению закона электромагнитной индукции. Дело в том, что в атом правиле устанавливается связь между электромагнитной индукцией и явлением взаимодействии токов. Вопрос же о взаимодействии токов был уже решен Ампером. Поэтому установление этой связи на первых порах дало возможность определить выражение электродвижущей силы индукции в проводнике для ряда частных случаев.

В общем виде закон электромагнитной индукции, как мы об этом сказали, был установлен Фарадеем и Максвеллом.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Самоиндукция — возникновение ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре при изменении тока, протекающего по контуру.

При изменении тока в контуре пропорционально меняется и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС.

Это явление и называется самоиндукцией. (Понятие родственно понятию взаимоиндукции, являясь как бы его частным случаем).

Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током). Этим свойством ЭДС самоиндукции сходна с силой инерции.

Созданию первого реле предшествовало изобретение в 1824 г. англичанином Стардженом электромагнита — устройства, преобразующего входной электрический ток проволочной катушки, намотанной на железный сердечник, в магнитное поле, образующееся внутри и вне этого сердечника. Магнитное поле фиксировалось (обнаруживалось) своим воздействием на ферромагнитный материал, расположенный вблизи сердечника. Этот материал притягивался к сердечнику электромагнита.

Впоследствии эффект преобразования энергии электрического тока в механическую энергию осмысленного перемещения внешнего ферромагнитного материала (якоря) лег в основу различных электромеханических устройств электросвязи (телеграфии и телефонии), электротехники, электроэнергетики. Одним из первых таких устройств было электромагнитное реле, изобретенное американцем Дж. Генри в 1831 г.

До сих пор мы рассматривали электрические и магнитные поля, не изменяющиеся с течением времени. Было выяснено, что электрическое поле создается электрическими зарядами, а магнитное поле — движущимися зарядами, т. е. электрическим током. Перейдем к знакомству с электрическим и магнитным полями, которые меняются со временем.

Самый важный факт, который удалось обнаружить, — это теснейшая взаимосвязь между электрическим и магнитным полями. Изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле порождает магнитное. Без этой связи между полями разнообразие проявлений электромагнитных сил не было бы столь обширным, каким оно является на самом деле. Не существовало бы ни радиоволн, ни света.

Не случайно первый, решающий шаг в открытии новых свойств электромагнитных взаимодействий был сделан основоположником представлений об электромагнитном поле — Фарадеем. Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений. Благодаря этому он сделал открытие, которое впоследствии легло в основу устройства генераторов всех электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока. (Другие источники: гальванические элементы, аккумуляторы и др. — дают ничтожную долю вырабатываемой энергии.)

Электрический ток, рассуждал Фарадей, способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока?

Долгое время эту связь обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного, а именно: только движущийся магнит или меняющееся во времени магнитное поле может возбудить электрический ток в катушке.

Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт. Почти одновременно с Фарадеем швейцарский физик Колладон пытался получить электрический ток в катушке с помощью магнита. При работе он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, в которую Колладон вдвигал магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением

убеждался, что гальванометр не показывает тока. Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром и попросить кого-нибудь заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. Оно было открыто 29 августа 1831 г. Редкий случай, когда дата нового замечательного открытия известна так точно. Вот описание первого опыта, данное самим Фарадеем:

«На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной в 203 фута и между витками ее намотана проволока такой же длины, но изолированная от первой хлопчатобумажной нитью. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с сильной батареей, состоящей из 100 пар пластин… При замыкании цепи удавалось заметить внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометре, и то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить ни действия на гальванометр, ни вообще какого-либо индукционного действия на другую спираль, несмотря на то что нагревание всей спирали, соединенной с батареей, и яркость искры, проскакивающей между углями, свидетельствовали о мощности батареи» (Фарадей М. «Экспериментальные исследования по электричеству», 1-я серия).

Итак, первоначально была открыта индукция в неподвижных друг относительно друга проводниках при замыкании и размыкании цепи. Затем, ясно понимая, что сближение или удаление проводников с током должно приводить к тому же результату, что и замыкание и размыкание цепи, Фарадей с помощью опытов доказал, что ток возникает при перемещении катушек друг

относительно друга. Знакомый с трудами Ампера, Фарадей понимал, что магнит — это совокупность маленьких токов, циркулирующих в молекулах. 17 октября, как зарегистрировано в его лабораторном журнале, был обнаружен индукционный ток в катушке во время вдвигания (или выдвигания) магнита. В течение одного месяца Фарадей опытным путем открыл все существенные особенности явления электромагнитной индукции.

В настоящее время опыты Фарадея может повторить каждый. Для этого надо иметь две катушки, магнит, батарею элементов и достаточно чувствительный гальванометр.

В установке, изображенной на рисунке 238, индукционный ток возникает в одной из катушек при замыкании или размыкании электрической цепи другой катушки, неподвижной относительно первой. В установке на рисунке 239 с помощью реостата меняется сила тока в одной из катушек. На рисунке 240, а индукционный ток появляется при движении катушек друг относительно друга, а на рисунке 240, б — при движении постоянного магнита относительно катушки.

Уже сам Фарадей уловил то общее, от чего зависит появление индукционного тока в опытах, которые внешне выглядят по-разному.

В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих площадь, ограниченную этим контуром. И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий индукционный ток. При этом причина изменения числа линий магнитной индукции совершенно безразлична. Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих площадь неподвижного проводящего контура вследствие изменения силы тока в соседней катушке (рис. 238), и изменение числа линий индукции вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве (рис. 241).

Вектор магнитной индукции \(~\vec B\) характеризует магнитное поле в каждой точке пространства. Введем еще одну величину, зависящую от значения вектора магнитной индукции не в одной точке, а во всех точках произвольно выбранной поверхности. Эту величину называют потоком вектора магнитной индукции, или магнитным потоком .

Выделим в магнитном поле настолько малый элемент поверхности площадью ΔS , чтобы магнитную индукцию во всех его точках можно было считать одинаковой. Пусть \(~\vec n\) — нормаль к элементу, образующая угол α с направлением вектора магнитной индукции (рис. 1).

Потоком вектора магнитной индукции через поверхность площадью ΔS называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции \(~\vec B\) на площадь ΔS и косинус угла α между векторами \(~\vec B\) и \(~\vec n\) (нормалью к поверхности):

\(~\Delta \Phi = B \cdot \Delta S \cdot \cos \alpha\) .

Произведение B ∙cos α = В n представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль к элементу. Поэтому

\(~\Delta \Phi = B_n \cdot \Delta S\) .

Поток может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от значения угла α .

Если магнитное поле однородно, то поток через плоскую поверхность площадью S равен:

\(~\Phi = B \cdot S \cdot \cos \alpha\) .

Поток магнитной индукции наглядно может быть истолкован как величина, пропорциональная числу линий вектора \(~\vec B\) , пронизывающих данную площадку поверхности.

Вообще говоря, поверхность может быть замкнутой. В этом случае число линий индукции, входящих внутрь поверхности, равно числу линий, выходящих из нее (рис. 2). Если поверхность замкнута, то положительной нормалью к поверхности принято считать внешнюю нормаль.

Линии магнитной индукции замкнуты, что означает равенство нулю потока магнитной индукции через замкнутую поверхность. (Выходящие из поверхности линии дают положительный поток, а входящие – отрицательный.) Это фундаментальное свойство магнитного поля связано с отсутствием магнитных зарядов. Если бы не было электрических зарядов, то и электрический поток через замкнутую поверхность был бы равен нулю.

Электромагнитная индукция

Открытие электромагнитной индукции

В 1821 г. Майкл Фарадей записал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет эта задача была им решена.

М. Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений, но долгое время взаимосвязь этих явлений обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного: только меняющееся во времени магнитное поле может возбудить электрический ток в неподвижной катушке или же сама катушка должна двигаться в магнитном поле.

Открытие электромагнитной индукции, как назвал Фарадей это явление, было сделано 29 августа 1831 г. Вот краткое описание первого опыта, данное самим Фарадеем. «На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной в 203 фута (фут равен 304,8 мм), и между витками ее намотана проволока такой же длины, но изолированная от первой хлопчатобумажной нитью. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с сильной батареей, состоящей из 100 пар пластин… При замыкании цепи удалось заметить внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометр, и то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить ни действия на гальванометр, ни вообще какого-либо индукционного действия на другую спираль, не смотря на то что нагревание всей спирали, соединенной с батареей, и яркость искры, проскакивающей между углями, свидетельствовали о мощности батареи».

Знакомый с трудами Ампера, Фарадей понимал, что магнит — это совокупность маленьких токов, циркулирующих в молекулах. 17 октября, как зарегистрировано в его лабораторном журнале, был обнаружен индукционный ток в катушке во время вдвигания (или выдвигания) магнита (рис. 4).

В течение одного месяца Фарадей опытным путем открыл все существенные особенности явления электромагнитной индукции. Оставалось только придать закону строгую количественную форму и полностью вскрыть физическую природу явления. Уже сам Фарадей уловил то общее, от чего зависит появление индукционного тока в опытах, которые внешне выглядят по-разному.

В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. Это явление называется электромагнитной индукцией.

И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий ток. При этом причина изменения числа линий магнитной индукции совершенно безразлична. Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих неподвижный проводник вследствие изменения силы тока в соседней катушке, и изменение числа линий вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве (рис. 5).

Правило Ленца

Индукционный ток, возникший в проводнике, немедленно начинает взаимодействовать с породившим его током или магнитом. Если магнит (или катушку с током) приближать к замкнутому проводнику, то появляющийся индукционный ток своим магнитным полем обязательно отталкивает магнит (катушку). Для сближения магнита и катушки нужно совершить работу. При удалении магнита возникает притяжение. Это правило выполняется неукоснительно. Представьте себе, что дело обстояло бы иначе: вы подтолкнули магнит к катушке, и он сам собой устремился бы внутрь нее. При этом нарушился бы закон сохранения энергии. Ведь механическая энергия магнита увеличилась бы и одновременно возникал бы ток, что само по себе требует затраты энергии, ибо ток тоже может совершать работу. Индуцированный в якоре генератора электрический ток, взаимодействуя с магнитным полем статора, тормозит вращение якоря. Только поэтому для вращения якоря нужно совершать работу, тем большую, чем больше сила тока. За счет этой работы и возникает ин-дукционный ток. Интересно отметить, что если бы магнитное поле нашей планеты было очень большим и сильно неоднородным, то быстрые движения проводящих тел на ее поверхности и в атмосфере были бы невозможны из-за интенсивного взаимодействия индуцированного в теле тока с этим полем. Тела двигались бы как в плотной вязкой среде и при этом сильно разогревались бы. Ни самолеты, ни ракеты не могли бы летать. Человек не мог бы быстро двигать ни руками, ни ногами, так как человеческое тело — неплохой проводник.

Если катушка, в которой наводится ток, неподвижна относительно соседней катушки с переменным током, как, например, у трансформатора, то и в этом случае направление индукционного тока диктуется законом сохранения энергии. Этот ток всегда направлен так, что созданное им магнитное поле стремится уменьшить изменения тока в первичной обмотке.

Отталкивание или притяжение магнита катушкой зависит от направления индукционного тока в ней. Поэтому закон сохранения энергии позволяет сформулировать правило, определяющее направление индукционного тока. В чем состоит различие двух опытов: приближение магнита к катушке и его удаление? В первом случае магнитный поток (или число линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки) увеличивается (рис. 6, а), а во втором случае — уменьшается (рис. 6, б). Причем в первом случае линии индукции В ’ магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот, входят в этот конец. Эти линии магнитной индукции на рисунке 6 изображены штрихом.

Рис. 6

Теперь мы подошли к главному: при увеличении магнитного потока через витки катушки индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует нарастанию магнитного потока через витки катушки. Ведь вектор индукции \(~\vec B»\) этого поля направлен против вектора индукции \(~\vec B\) поля, изменение которого порождает электрический ток. Если же магнитный поток через катушку ослабевает, то индукционный ток создает магнитное поле с индукцией \(~\vec B»\) , увеличивающее магнитный поток через витки катушки.

В этом состоит сущность общего правила определения направления индукционного тока, которое применимо во всех случаях. Это правило было установлено русским физиком Э. X. Ленцем (1804-1865).

Согласно правилу Ленца

возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое на-правление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое порождает данный ток.

индукционный ток имеет такое направление, что препятствует причине его вызывающей.

В случае сверхпроводников компенсация изменения внешнего магнитного потока будет полной. Поток магнитной индукции через поверхность, ограниченную сверхпроводящим контуром, вообще не меняется со временем ни при каких условиях.

Закон электромагнитной индукции

Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока I i в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции \(~\vec B\) , пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. Более точно это утверждение можно сформулировать, используя понятие магнитного потока.

Магнитный поток наглядно истолковывается как число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S . Поэтому скорость изменения этого числа есть не что иное, как скорость изменения магнитного потока. Если за малое время Δt магнитный поток меняется на ΔФ , то скорость изменения магнитного потока равна \(~\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\) .

Поэтому утверждение, которое вытекает непосредственно из опыта, можно сформулировать так:

сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

\(~I_i \sim \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\) .

Известно, что в цепи возникает электрический ток в том случае, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работу этих сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой. Следовательно, при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции. Обозначим ее буквой E i .

Закон электромагнитной индукции формулируется именно для ЭДС, а не для силы тока. При такой формулировке закон выражает сущность явления, не зависящую от свойств проводников, в которых возникает индукционный ток.

Согласно закону электромагнитной индукции (ЭМИ)

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

\(~|E_i| = |\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}|\) .

Как в законе электромагнитной индукции учесть направление индукционного тока (или знак ЭДС индукции) в соответствии с правилом Ленца?

На рисунке 7 изображен замкнутый контур. Будем считать положительным направление обхода контура против часовой стрелки. Нормаль к контуру \(~\vec n\) образует правый винт с направлением обхода. Знак ЭДС, т. е. удельной работы, зависит от направления сторонних сил по отношению к направлению обхода контура. Если эти направления совпадают, то E i > 0 и соответственно I i > 0. В противном случае ЭДС и сила тока отрицательны.

Пусть магнитная индукция \(~\vec B\) внешнего магнитного поля направлена вдоль нормали к контуру и возрастает со временем. Тогда Ф > 0 и \(~\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\) > 0. Согласно правилу Ленца индукционный ток создает магнитный поток Ф ’ B ’ магнитного поля индукционного тока изображены на рисунке 7 штрихом. Следовательно, индукционный ток I i направлен по часовой стрелке (против положительного направления обхода) и ЭДС индукции отрицательна. Поэтому в законе электромагнитной индукции должен стоять знак минус:

\(~E_i = — \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\) .

В Международной системе единиц закон электромагнитной индукции используют для установления единицы магнитного потока. Эту единицу называют вебером (Вб).

Так как ЭДС индукции E i выражают в вольтах, а время в секундах, то из закона ЭМИ вебер можно определить следующим образом:

магнитный поток через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, равен 1 Вб, если при равномерном убывании этого потока до нуля за 1 с в контуре возникает ЭДС индукции равная 1 В:

1 Вб = 1 В ∙ 1 с.

Вихревое поле

Изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле . К этому выводу впервые пришел Дж. Максвелл.

Теперь явление электромагнитной индукции предстает перед нами в новом свете. Главное в нем — это процесс порождения магнитным полем поля электрического. При этом наличие проводящего контура, например катушки, не меняет существа дела. Проводник с запасом свободных электронов (или других частиц) лишь помогает обнаружить возникающее электрическое поле. Поле приводит в движение электроны в проводнике и тем самым обнаруживает себя. Сущность явления электромагнитной индукции в неподвижном проводнике состоит не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении электрического поля, которое приводит в движение электрические заряды.

Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, имеет совсем другую структуру, чем электростатическое. Оно не связано непосредственно с электрическими зарядами, и его линии напряженности не могут на них начинаться и кончаться. Они вообще нигде не начинаются и не кончаются, а представляют собой замкнутые линии, подобные линиям индукции магнитного поля. Это так называемое вихревое электрическое поле . Может возникнуть вопрос: а почему, собственно, это поле называется электрическим? Ведь оно имеет другое происхождение и другую конфигурацию, чем статическое электрическое поле. Ответ прост: вихревое поле действует на заряд q точно так же, как и электростатическое, а это мы считали и считаем главным свойством поля. Сила, действующая на заряд, по-прежнему равна \(~\vec F = q \vec E\) , где \(~\vec E\) — напряженность вихревого поля. Если магнитный поток создается однородным магнитным полем, сконцентрированным в длинной узкой цилиндрической трубке радиусом r 0 (рис. 8), то из соображений симметрии очевидно, что линии напряженности электрического поля лежат в плоскостях, перпендикулярных линиям \(~\vec B\) , и представляют собой окружности. В соответствии с правилом Ленца при возрастании магнитной индукции \(~\left (\frac{\Delta B}{\Delta t} > 0 \right)\) линии напряженности \(~\vec E\) образуют левый винт с направлением магнитной индукции \(~\vec B\) .

В отличие от статического или стационарного электрического поля работа вихревого поля на замкнутом пути не равна нулю. Ведь при перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, так как сила и перемещение совпадают по направлению. Вихревое электрическое поле, так же как и магнитное поле, не потенциальное.

Работа вихревого электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.

Итак, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Но не кажется ли вам, что одного утверждения здесь недостаточно? Хочется знать, каков же механизм данного процесса. Нельзя ли разъяснить, как эта связь полей осуществляется в природе? И вот тут-то ваша естественная любознательность не может быть удовлетворена. Никакого механизма здесь просто нет. Закон электромагнитной индукции — это фундаментальный закон природы, значит, основной, первичный. Действием его можно объяснить многие явления, но сам он остается необъяснимым просто по той причине, что нет более глубоких законов, из которых бы он вытекал в виде следствия. Во всяком случае сейчас такие законы неизвестны. Таковыми являются все основные законы: закон тяготения, закон Кулона и т.д.

Мы, конечно, вольны ставить перед природой любые вопросы, но не все они имеют смысл. Так, например, можно и нужно исследовать причины различных явлений, но пытаться выяснить, почему вообще существует причинность, — бесполезно. Такова природа вещей, таков мир, в котором мы живем.

Литература

Жилко В.В. Физика: Учеб. пособие для 10-го кл. общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В. Жилко, А.В. Лавриненко, Л.Г. Маркович. – Мн.: Нар. асвета, 2001. – 319 с.
Мякишев, Г.Я. Физика: Электродинамика. 10-11 кл. : учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В.А. Слободсков. – М.: Дрофа, 2005. – 476 с.

4.

2 Явление электромагнитной индукции — ф9 т3 Электромагнитные явления

Английский ученый Майкл Фарадей:

“Если электрический ток, способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока?”

В 1821 г. М.Фарадей записал в своем дневнике: “Превратить магнетизм в электричество”. Через 10 лет эта задача была им решена. Он открыл явление электромагнитной индукции.

1 Опыт. Соединив гальванометр с катушкой, мы вдвигаем внутрь катушки постоянный магнит. При этом гальванометр покажет изменение тока в цепи.

Так как никакого источника тока у нас в цепи нет, то логично предположить, что ток возникает вследствие появления магнитного поля внутри катушки. Когда мы будем вытаскивать магнит обратно из катушки, мы увидим, что снова изменятся показания гальванометра, но его стрелка при этом отклонится в противоположную сторону. Мы опять получим ток, но уже направленный в другую сторону.

2 опыт с теми же элементами, только при этом мы зафиксируем магнит неподвижно, а надевать на магнит и снимать с него мы теперь будем саму катушку, подсоединенную к гальванометру.

Мы получим те же результаты стрелка гальванометра будет показывать нам появление тока в цепи. При этом, когда магнит неподвижен, тока в цепи нет стрелка стоит на ноле.

Можно провести измененный вариант такого же опыта, только постоянный магнит заменить электрическим, который можно включать и выключать. Получим схожие с первым опытом результаты при движении магнита внутри катушки. Но, кроме того, при выключении и выключении неподвижного электромагнита, он будет вызывать кратковременное появление тока в цепи катушки.

Катушку можно заменить проводящим контуром и проделать опыты по перемещению и вращению самого контура в постоянном магнитном поле, либо же магнита внутри неподвижного контура. Результаты будут те же появление тока в цепи при движении магнита или контура.

Изменение магнитного поля вызывает появление тока, этот ток назвали индукционным ((от лат. inductio, букв. – наведение).

Определение явления электромагнитной индукции: При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

Открытие электромагнитной индукции принадлежит к числу самых замечательных научных достижений первой половины XIX века, которое вызвало бурное развитие электротехники и радиотехники.

Микротест:

В металлическое кольцо в течении первых 2 с вдвигают магнит, в течение следующих 3с магнит оставляют неподвижным, а в течении последних 4 с магнит вынимают из кольца. В какие промежутки времени в катушке течет ток?

а) 0 – 2 с;

б) 0 – 2 с и 5 – 9 с;

в) 0 – 9 с;

г) 2 – 9 с.

Как фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция

Уже в юношеском возрасте, когда Фарадей только что начинал свое самообразование, он стремился опираться исключительно только на факты и проверять сообщения других собственными опытами. Эти стремления доминировали в нем всю жизнь как основные черты его научной деятельности

Физические и химические опыты Фарадей стал проделывать еще мальчиком при первом же знакомстве с физикой и химией. Однажды Майкл посетил одну из лекций Гэмфри Дэви, великого английского физика. Фарадей сделал подробную запись лекции, переплел ее и отослал Дэви. Тот был настолько поражен, что предложил Фарадею работать с ним в качестве секретаря. Вскоре Дэви отправился в путешествие по Европе и взял с собой Фарадея. За два года они посетили крупнейшие европейские университеты.

Опираясь на опыты своих предшественников и скомбинировав несколько собственных опытов, к сентябрю 1821 года Майкл напечатал «Историю успехов электромагнетизма». Уже в это время он составил вполне правильное понятие о сущности явления отклонения магнитной стрелки под действием тока. Добившись этого успеха, Фарадей на целых десять лет оставляет занятия в области электричества, посвятив себя исследованию целого ряда предметов иного рода.

В 1823 году Фарадеем было произведено одно из важнейших открытий в области физики — он впервые добился сжижения газа, и вместе с тем установил простой, но действительный метод обращения газов в жидкость.

В 1824 году Фарадей сделал несколько открытий в области физики. Среди прочего он установил тот факт, что свет влияет на цвет стекла, изменяя его.

В следующем году Фарадей снова обращается от физики к химии, и результатом его работ в этой области является открытие бензина и серно-нафталиновой кислоты.

Многие из этих работ могли сами- по себе обессмертить имя их автора. Но наиболее важными из научных работ Фарадея являются его исследования в области электромагнетизма и электрической индукции. Строго говоря, важный отдел физики, трактующий явления электромагнетизма и индукционного электричества, и имеющий в настоящее время такое громадное значение для техники, был создан Фарадеем из ничего

Вместе с тем было известно, что проволока, по которой проходит ток и которая также представляет собою наэлектризованное тело, не оказывает никакого влияния на помещенные рядом другие проволоки. Отчего зависело это исключение? Вот вопрос, который заинтересовал Фарадея и решение которого привело его к важнейшим открытиям в области индукционного электричества.

По своему обыкновению Фарадей начал ряд опытов, долженствовавших выяснить суть дела. На одну и ту же деревянную скалку Фарадей намотал параллельно друг другу две изолированные проволоки. Концы одной проволоки он соединил с батареей из десяти элементов, а концы другой — с чувствительным гальванометром. Когда был пропущен ток через первую проволоку, Фарадей обратил все свое внимание на гальванометр, ожидая заметить по колебаниям его появление тока и во второй проволоке. Однако ничего подобного не было: гальванометр оставался спокойным. Фарадей решил увеличить силу тока и ввел в цепь 120 гальванических элементов. Результат получился тот же. Фарадей повторил этот опыт десятки раз и все с тем же успехом. Всякий другой на его месте оставил бы опыты, убежденный, что ток, проходящий через проволоку, не оказывает никакого действия на соседнюю проволоку. Но фарадей старался всегда извлечь из своих опытов и наблюдений все, что они могут дать, и потому, не получив прямого действия на проволоку, соединенную с гальванометром, стал искать побочные явления.

Сразу же он заметил, что гальванометр, оставаясь совершенно спокойным во все время прохождения тока, приходит в колебание при самом замыкании цепи и при размыкании ее. Оказалось, что в тот момент, когда в первую проволоку пропускается ток, а также когда это пропускание прекращается, во второй проволоке также возбуждается ток, имеющий в первом случае противоположное направление с первым током и одинаковое с ним во втором случае и продолжающийся всего одно мгновение Эти вторичные мгновенные токи, вызываемые влиянием первичных, названы были Фарадеем индуктивными, и это название сохранилось за ними доселе.

Будучи мгновенными, моментально исчезая вслед за своим появлением, индуктивные токи не имели бы никакого практического значения, если бы Фарадей не нашел способ при помощи остроумного приспособления (коммутатора) беспрестанно прерывать и снова проводить первичный ток, идущий от батареи по первой проволоке, благодаря чему во второй проволоке беспрерывно возбуждаются все новые и новые индуктивные токи, становящиеся, таким образом, постоянными. Так был найден новый источник электрической энергии, помимо ранее известных (трения и химических процессов), — индукция, и новый вид этой энергии — индукционное электричество.

Эти открытия вызвали в свою очередь новые. Если можно вызвать индуктивный ток замыканием и прекращением гальванического тока, то не получится ли тот же результат от намагничивания и размагничивания железа? Работы Эрстеда и Ампера установили уже родство магнетизма и электричества. Было известно, что железо делается магнитом, когда вокруг него обмотана изолированная проволока и по последней проходит гальванический ток, и что магнитные свойства этого железа прекращаются, как только прекращается ток. Исходя из этого, Фарадей придумал такого рода опыт: вокруг железного кольца были обмотаны две изолированные проволоки; причем одна проволока была обмотана вокруг одной половины кольца, а другая — вокруг другой.

Через одну проволоку пропускался ток от гальванической батареи, а концы другой были соединены с гальванометром. И вот, когда ток замыкался или прекращался и когда, следовательно, железное кольцо намагничивалось или размагничивалось, стрелка гальванометра быстро колебалась и затем быстро останавливалась, то есть в нейтральной проволоке возбуждались все те же мгновенные индуктивные токи — на этот раз: уже под влиянием магнетизма.

Таким образом, здесь впервые магнетизм был превращен в электричество.

Получив эти результаты, Фарадей решил разнообразить свои опыты. Вместо железного кольца он стал употреблять железную полосу. Вместо возбуждения в железе магнетизма гальваническим током он намагничивал железо прикосновением его к постоянному стальному магниту. Результат получался тот же: в проволоке, обматывавшей железо, всегда! возбуждался ток в момент намагничивания и размагничивания железа. Затем Фарадей вносил в проволочную спираль стальной магнит — приближение и удаление последнего вызывало в проволоке индукционные токи. Словом, магнетизм, в смысле возбуждения индукционных, токов, действовал совершенно так же, как и гальванический ток.

В то время физиков усиленно занимало одно загадочное явление, открытое в 1824году Араго и не находившее объяснения, несмотря на; то, что этого объяснения усиленно искали такие выдающиеся ученые того времени, как сам Араго, Ампер, Пуассон, Бабэдж и Гершель. Дело I состояло в следующем. Магнитная стрелка, свободно висящая, быстро приходит в состояние покоя, если под нее подвести круг из немагнитного металла; если затем круг привести во вращательное движение, магнитная стрелка начинает двигаться за ним. В спокойном состоянии нельзя было открыть ни малейшего притяжения или отталкивания между 5 кругом и стрелкой, между тем как тот же круг, находившийся в движении, тянул за собою не только легкую стрелку, но и тяжелый магнит. Это поистине чудесное явление казалось ученым того времени таинственной загадкой, чем-то выходящим за пределы естественного. Фарадей, исходя из своих вышеизложенных данных, сделал предположение, что кружок немагнитного металла, под влиянием магнита, во время вращения обегается индуктивными токами, которые оказывают воздействие на магнитную стрелку и влекут ее за магнитом. И действительно, введя край кружка между полюсами большого подковообразного магнита и соединив проволокою центр и край кружка с гальванометром, Фарадей получил при вращении кружка постоянный электрический ток.

Вслед за тем Фарадей остановился на другом вызывавшем тогда общее любопытство явлении. Как известно, если посыпать на магнит железных опилок, они группируются по определенным линиям, называемым магнитными кривыми. Фарадей, обратив внимание на это явление, дал в 1831 году магнитным кривым название «линий магнитной силы», вошедшее затем во всеобщее употребление. Изучение этих «линий» привело Фарадея к новому открытию, оказалось, что для возбуждения индуктивных токов приближение и удаление источника от магнитного полюса необязательны. Для возбуждения токов достаточно пересечь известным образом линии магнитной силы.

Прибор состоял из железной полосы, помещенной в проволочной катушке.

Прибор этот при обыкновенных условиях не давал ни малейшего признака появления в нем токов; но лишь только ему давалось направление, соответствующее направлению магнитной стрелки, в проволоке возбуждался ток.

Затем Фарадей давал положение магнитной стрелки одной катушке и потом вводил в нее железную полосу: ток снова возбуждался. Причиною, вызывавшею в этих случаях ток, был земной магнетизм, вызывавший индуктивные токи подобно обыкновенному магниту или гальваническому току. Чтобы нагляднее показать и доказать это, Фарадей предпринял еще один опыт, вполне подтвердивший его соображения. Он рассуждал, что если круг из немагнитного металла, например, из меди, вращаясь в положении, при котором он пересекает линии магнитной силы соседнего магнита, дает индуктивный ток, то тот же круг, вращаясь в отсутствие магнита, но в положении, при котором круг будет пересекать линии земного магнетизма, тоже должен дать индуктивный ток. И действительно, медный круг, вращаемый в горизонтальной плоскости, дал индуктивный ток, производивший заметное отклонение стрелки гальванометра.

Ряд исследований в области электрической индукции Фарадей закончил открытием, сделанным в 1835 году, «индуктирующего влияния тока на самого себя». Он выяснил, что при замыкании или размыкании гальванического тока в самой проволоке, служащей проводником для этого тока, возбуждаются моментальные индуктивные токи.

Русский физик Эмиль Христофорович Ленц (1804-1861) дал правило для определения направления индукционного тока.

«Индукционный ток всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле затрудняет или тормозит вызывающее индукцию движение, — отмечает А.А. Коробко-Стефанов в своей статье об электромагнитной индукции. — Например, при приближении катушки к магниту возникающий индукционный ток имеет такое направление, что созданное им магнитное поле будет противоположно магнитному полю магнита. В результате между катушкой и магнитом возникают силы отталкивания.

Почему возникает индукционный ток? Глубокое объяснение явления электромагнитной индукции дал английский физик Джемс Клерк Максвелл — творец законченной математической теории электромагнитного поля.

Чтобы лучше понять суть дела, рассмотрим очень простой опыт. Пусть катушка состоит из одного витка проволоки и пронизывается переменным магнитным полем, перпендикулярным к плоскости витка. В катушке, естественно, возникает индукционный ток. Исключительно смело и неожиданно истолковал этот эксперимент Максвелл. При изменении магнитного поля в пространстве, по мысли Максвелла, возникает процесс, для которого присутствие проволочного витка не имеет никакого значения. Главное здесь — возникновение замкнутых кольцевых линий электрического поля, охватывающих изменяющееся магнитное поле.

Под действием возникающего электрического поля приходят в движение электроны, и в витке возникает электрический ток. Виток — это просто прибор, позволяющий обнаружить электрическое поле. Сущность же явления электромагнитной индукции в том, что переменное магнитное поле всегда порождает в окружающем пространстве электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями. Такое поле называется вихревым».

А вообще открытие электромагнитной индукции недаром относят к наиболее выдающимся открытиям XIX века — на этом явлении основана работа миллионов электродвигателей и генераторов электрического тока во всем мире…

Источник информации: Самин Д. К. «Сто великих научных открытий»., М.:«Вече», 2002 г.

Цель: ознакомить учащихся с явлением электромагнитной индукции.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний.

1. Фронтальный опрос.

В чем заключается гипотеза Ампера?
Что такое магнитная проницаемость?
Какие вещества называют пара- и диамагнетиками?
Что такое ферриты?
Где применяются ферриты?
Откуда известно, что вокруг Земли существует магнитное поле?
Где находится Северный и Южный магнитные полюса Земли?
Какие процессы происходят в магнитосфере Земли?
Какова причина существования магнитного поля у Земли?

2. Анализ экспериментов.

Эксперимент 1

Магнитную стрелку на подставке поднесли к нижнему, а затем к верхнему концу штатива. Почему стрелка поворачивается к нижнему концу штатива с любой стороны южным полюсом, а к верхнему концу — северным концом? (Все железные предметы находятся в магнитном поле Земли. Под действием этого поля они намагничиваются, причем нижняя часть предмета обнаруживает северный магнитный полюс, а верхняя — южный.)

Эксперимент 2

В большой корковой пробке сделайте небольшой желобок для куска проволоки. Пробку опустите в воду, а сверху положите проволоку, располагая ее по параллели. При этом проволока вместе с пробкой поворачивается и устанавливается по меридиану. Почему? (Проволока была намагничена и устанавливается в поле Земли как магнитная стрелка.)

III. Изучение нового материала

Между движущимися электрическими зарядами действуют магнитные силы. Магнитные взаимодействия описываются на основе представления о магнитном поле, существующем вокруг движущихся электрических зарядов. Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками — электрическими зарядами. Можно предположить, что между ними есть связь.

В 1831 г. М. Фарадей подтвердил этот экспериментально. Он открыл явление электромагнитной индукции (слайды 1,2) .

Эксперимент 1

Гальванометр подсоединяем к катушке, и будем выдвигать из нее постоянный магнит. Наблюдаем отклонение стрелки гальванометра, появился ток (индукционный) (слайд 3).

Ток в проводнике возникает, когда проводник оказывается в области действия переменного магнитного поля (слайд 4-7) .

Переменное магнитное поле Фарадей представлял как изменение числа силовых линий, пронизывающих поверхность, ограниченную данным контуром. Это число зависит от индукции В магнитного поля, от площади контура S и его ориентации в данном поле.

Ф=BS cos a — магнитный поток.

Ф [Вб] Вебер (слайд 8)

Индукционный ток может иметь разные направления, которые зависят от того, убывает или возрастает магнитный поток, пронизывающий контур. Правило, позволяющее определить направление индукционного тока, было сформулировано в 1833,г. Э. X. Ленцем.

Эксперимент 2

В легкое алюминиевое кольцо вдвигаем постоянный магнит. Кольцо отталкивается от него, а при выдвигании притягивается к магниту.

Результат не зависит от полярности магнита. Отталкивание и притягивание объясняется возникновением в нем индукционного тока.

При вдвигании магнита магнитный поток через кольцо возрастает: отталкивание кольца при этом показывает, что индукционный ток в нем имеет такое направление, при котором вектор индукции его магнитного поля противоположен по направлению вектору индукции внешнего магнитного поля.

Правило Ленца:

Индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитное поле препятствует любым изменениям магнитного потока, вызывающим появление индукционного тока (слайд 9) .

IV. Проведение лабораторной работы

Лабораторная работа по теме «Опытная проверка правила Ленца»

Приборы и материалы: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный.

Ход работы

Приготовьте таблицу.

Ответ:

В общем виде закон электромагнитной индукции, как мы об этом сказали, был установлен Фарадеем и Максвеллом.

Сегодня мы расскажем о явлении электромагнитной индукции. Раскроем, почему этот феномен был открыт и какую пользу принес.

Шелк

Люди всегда стремились жить лучше. Кто-то может подумать, что это повод обвинить человечество в алчности. Но часто речь идет об обретении элементарного бытового удобства.

В средневековой Европе умели делать ткани шерстяные, хлопковые и льняные. А еще в то время люди страдали от избытка блох и вшей. При этом в китайской цивилизации уже научились виртуозно ткать шелк. Одежда из него не подпускала кровососов к коже человека. Лапки насекомых скользили по гладкой ткани, и вши сваливались. Поэтому европейцы захотели во что бы то ни стало одеваться в шелк. А торговцы подумали, что это еще одна возможность разбогатеть. Поэтому был проложен Великий шелковый путь.

Только так желанную ткань доставляли страждущей Европе. И настолько много людей вовлекались в процесс, что в результате возникали города, империи спорили за право взимать налоги, а некоторые отрезки пути до сих пор наиболее удобный способ добраться до нужного места.

Компас и звезда

На пути караванов с шелком вставали горы и пустыни. Бывало, что характер местности оставался прежним недели и месяцы. Степные дюны сменялись такими же холмами, один перевал следовал за другим. И людям надо было как-то ориентироваться, чтобы доставить свой ценный груз.

Первыми на выручку пришли звезды. Зная, какой сегодня день, и каких созвездий ожидать, опытный путешественник всегда мог определить, где юг, где восток, и куда идти. Но людей с достаточным объемом знаний всегда не хватало. Да и время точно отсчитывать тогда не умели. Закат солнца, восход — вот и все ориентиры. А снежная или песчаная буря, пасмурная погода исключали даже возможность видеть полярную звезду.

Потом люди (вероятно, древние китайцы, но ученые еще спорят на этот счет) поняли, что один минерал всегда определенным образом расположен по отношению к сторонам света. Это свойство использовалось, чтобы создать первый компас. До открытия явления электромагнитной индукции было далеко, но начало было положено.

От компаса к магниту

Само название «магнит» восходит к топониму. Вероятно, первые компасы делались из руды, добываемой в холмах Магнезии. Эта область располагается в Малой Азии. И выглядели магниты как черные камни.

Первые компасы были весьма примитивными. В чашу или другую емкость наливалась вода, сверху клался тонкий диск из плавучего материала. А в центр диска помещалась намагниченная стрелка. Один ее конец всегда указывал на север, другой — на юг.

Трудно даже представить себе, что караван сохранял воду для компаса, пока от жажды умирали люди. Но не потерять направление и позволить людям, животным и товару добраться до безопасного места было важнее нескольких отдельных жизней.

Компасы проделывали множество путешествий и встречались с различными феноменами природы. Неудивительно, что явление электромагнитной индукции было открыто в Европе, хотя магнитная руда первоначально добывалась в Азии. Вот таким замысловатым образом желание европейских жителей спать удобнее привело к важнейшему открытию физики.

Магнитное или электрическое?

В начале девятнадцатого века ученые поняли, как получать постоянный ток. Была создана первая примитивная батарейка. Ее хватало для того, чтобы пустить по металлическим проводникам поток электронов. Благодаря первому источнику электричества был совершен ряд открытий.

В 1820 году датский ученый Ханс Кристиан Эрстед выяснил: магнитная стрелка отклоняется рядом со включенным в сеть проводником. Положительный полюс компаса всегда расположен определенным образом по отношению к направлению тока. Ученый производил опыт во всех возможных геометриях: проводник был над или под стрелкой, они располагались параллельно или перпендикулярно. В результате всегда получалось одно и то же: включенный ток приводил в движение магнит. Так было предвосхищено открытие явления электромагнитной индукции.

Но мысль ученых должна подтверждаться экспериментом. Сразу после опыта Эрстеда английский физик Майкл Фарадей задался вопросом: «Магнитное и электрическое поле просто влияют друг на друга, или они связаны теснее?» Первым ученый проверил предположение, что если электрическое поле заставляет отклоняться намагниченный предмет, то магнит должен порождать ток.

Схема опыта проста. Сейчас ее может повторить любой школьник. Тонкая металлическая проволока была свернута в форме пружины. Ее концы подключались к прибору, регистрирующему ток. Когда рядом с катушкой двигался магнит — стрелка устройства показывала напряжение электрического поля. Таким образом был выведен закон электромагнитной индукции Фарадея.

Продолжение опытов

Но это еще не все, что сделал ученый. Раз магнитное и электрическое поле связаны тесно, требовалось выяснить, насколько.

Для этого Фарадей к одной обмотке подвел ток и вдвинул ее внутрь другой такой же обмотки радиусом больше первой. И снова было индуцировано электричество. Таким образом, ученый доказал: движущийся заряд порождает и электрическое, и магнитное поля одновременно.

Стоит подчеркнуть, что речь идет о движении магнита или магнитного поля внутри замкнутого контура пружины. То есть поток должен все время меняться. Если этого не происходит, ток не генерируется.

Формула

Закон Фарадея для электромагнитной индукции выражается формулой

Расшифруем символы.

ε обозначает ЭДС или электродвижущую силу. Эта величина скалярная (то есть не векторная), и она показывает работу, которую прикладывают некие силы или законы природы, чтобы создать ток. Надо отметить, что работу должны совершать непременно неэлектрические явления.

Φ — это магнитный поток сквозь замкнутый контур. Данная величина является произведением двух других: модуля вектора магнитной индукции В и площади замкнутого контура. Если магнитное поле действует на контур не строго перпендикулярно, то к произведению добавляется косинус угла между вектором В и нормалью к поверхности.

Последствия открытия

За этим законом последовали другие. Последующие ученые устанавливали зависимости напряженности электрического тока от мощности, сопротивления от материала проводника. Изучались новые свойства, создавались невероятные сплавы. Наконец, человечество расшифровало структуру атома, вникло в тайну рождения и смерти звезд, вскрыло геном живых существ.

И все эти свершения требовали огромного количества ресурсов, а, прежде всего, электричества. Любое производство или большое научное исследование проводились там, где были доступны три составляющие: квалифицированные кадры, непосредственно материал, с которым надо работать и дешевая электроэнергия.

А это было возможно там, где силы природы могли придавать большой момент вращения ротору: реки с большим перепадом высот, долины с сильными ветрами, разломы с избытком геомагнитной энергии.

Интересно, что современный способ получать электричество не отличается принципиально от опытов Фарадея. Магнитный ротор очень быстро вращается внутри большой катушки проволоки. Магнитное поле в обмотке все время меняется и генерируется электрический ток.

Конечно, подобраны и наилучший материал для магнита и проводников, и технология всего процесса совсем другая. Но суть в одном: используется принцип, открытый на простейшей системе.

Кто открыл явление электромагнитной индукции? Фарадей. открытие электромагнитной индукции

1.3. ОТКРЫТИЕ НОВЫХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Одним из первых, кто, познакомившись с книгой В. Гильберта, решил получить более сильные проявления электрических сил, был известный изобретатель воздушного насоса и опыта с полушариями магдебургский бургомистр Отто фон Герике

автора Шнейберг Ян Абрамович

2.4. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Наибольший интерес из всех работ В.В. Петрова представляет открытие им в 1802 г. явления электрической дуги между двумя угольными электродами, соединенными с полюсами созданного им источника высокого

Из книги автора

2.6. ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВА И УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАКОНОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Дальнейшее изучение явлений электричества и магнетизма привело к открытию новых фактов .В 1821 г. профессор Берлинского университета Томас Иоганн Зеебек (1770–1831 гг.), занимаясь

Из книги автора

3.5. ОТКРЫТИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И СОЗДАНИЕ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Начало современного этапа в развитии электротехники относится к 90-м годам XIX столетия, когда решение комплексной энергетической проблемы вызвало к жизни электропередачу и

Из книги автора

ГЛАВА 5 Открытие электромагнетизма и создание разнообразных электрических машин, ознаменовавших начало электрификации Открытие действия «электрического конфликта» на магнитную стрелкуВ июне 1820 г. в Копенгагене была издана на латинском языке небольшая брошюра

В 1821 г. Майкл Фарадей записал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет эта задача была им решена.
Открытие Фарадея
Не случайно первый и самый важный шаг в открытии новых свойств электромагнитных взаимодействий был сделан основоположником представлений об электромагнитном поле — Фарадеем. Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений. Вскоре после открытия Эрстеда он писал: «…представляется весьма необычным, чтобы, с одной стороны, всякий электрический ток сопровождался магнитным действием соответствующей интенсивности, направленным под прямым углом к току, и чтобы в то же время в хороших проводниках электричества, помещенных в сферу этого действия, совсем не индуцировался ток, не возникало какое-либо ощутимое действие, эквивалентное по силе такому току». Упорный труд в течение десяти лет и вера в успех привели Фарадея к открытию, которое впоследствии легло в основу устройства генераторов всех электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока . (Источники, работающие на других принципах: гальва-нические элементы, аккумуляторы, термо- и фотоэлементы — дают ничтожную долю вырабатываемой электрической энер-гии.)
Долгое время взаимосвязь электрических и магнитных явлений обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного: только меняющееся во времени магнитное поле может возбудить электрический ток в неподвижной катушке или же сама катушка должна двигаться в магнитном поле.
Открытие электромагнитной индукции , как назвал Фарадей это явление, было сделано 29 августа» 1831 г. Редкий случай, когда столь точно известна дата нового замечательного открытия. Вот краткое описание первого опыта, данное самим Фарадеем.
«На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной в 203 фута, и между витками ее намотана проволока такой же длины, но изолированная от первой хлоп-чатобумажной нитью. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с сильной батареей, состоящей из 100 пар пластин. .. При замыкании цепи удалось заметить внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометр, и то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить ни действия на гальванометр, ни вообще какого-либо индукционного действия на другую спираль, несмо- Рис. 5.1
тря на то что нагревание всей спирали, соединенной с батареей, и яркость искры, проскакивающей между углями, свидетельствовали о мощности батареи».
Итак, первоначально была открыта индукция в неподвижных друг относительно друга проводниках при замыкании и размыкании цепи. Затем, ясно понимая, что сближение или удаление проводников с током должно приводить к тому же результату, что и замыкание и размыкание цепи, Фарадей с помощью опытов доказал, что ток возникает при перемещении катушек относительно друг друга (рис. 5.1). Знакомый с трудами Ампера, Фарадей понимал, что магнит — это совокупность маленьких токов, циркулирующих в молекулах. 17 октября, как зарегистрировано в его лабораторном журнале, был обнаружен индукционный ток в катушке во время вдвигания (или выдвигания) магнита (рис. 5.2). В течение одного месяца Фарадей опытным путем открыл все существен- ные особенности явления электромагнитной индукции. Оста-валось только придать закону строгую количественную форму и полностью вскрыть физическую природу явления.
Уже сам Фарадей уловил то общее, от чего зависит появление индукционного тока в опытах, которые внешне выглядят по-разному.
В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий ток. При этом причина изменения числа линий магнитной индукции совершенно безразлична. Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, прони-зывающих неподвижный проводник вследствие изменения силы тока в соседней катушке, и изменение числа линий вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве (рис. 5.3).
Фарадей не только открыл явление, но и первым сконструировал несовершенную пока еще модель генератора электрического тока, превращающего механическую энергию вращения в ток. Это был массивный медный диск, вращающийся между полюсами сильного магнита (рис. 5.4). Присоединив ось и край диска к гальванометру, Фарадей обнаружил откло-
В
\

\
\
\
\
\
\
\L

S нение стрелки. Ток был, правда, слаб, но найденный принцип позволил впоследствии построить мощные генераторы. Без них электричество и по сей день было бы мало кому доступной роскошью.
В проводящем замкнутом контуре возникает электрический ток, если контур находится в переменном магнитном поле или движется в постоянном во времени поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. Это явление называется электромагнитной индукцией.

Примером может служить вопрос. В этом контексте мы можем говорить о табу. Есть определенные области, которые будут табу для большинства, что не означает, что не будет ни одного, третьего, третьего ученого, который справится с этим явлением с любопытством человека.

Эти социальные условия делают большинство людей неинтересными в этом. Р: И это только вопрос. Пример примерки также показывает страх не дискредитировать. Д-р Марек Спира: Сегодня мы стремимся свергнуть все табу. С одной стороны, это знание истины, а с другой — уважение к определенным ценностям, чье свержение только ведет к разрушению общественного порядка. Любопытство человека настолько велико, что оно превосходит все границы. По своей природе человеку не нравится табу. И в этом смысле стремление к истине не знает границ, которые существуют, конечно, но они постоянно движутся.

Новый период в развитии физической науки начинается с гениального открытия Фарадеем электромагнитной индукции. Именно в этом открытии ярко проявилась способность науки обогащать технику новыми идеями. Уже сам Фарадей предвидел на основе своего открытия существование электромагнитных волн . 12 марта 1832 г. он запечатал конверт с надписью «Новые воззрения, подлежащие в настоящее время хранению в запечатанном конверте в архивах Королевского общества». Этот конверт был вскрыт в 1938 г. Оказалось, что Фарадей вполне ясно представлял, что индукционные действия распространяются с конечной скоростью волновым способом. «Я считаю возможным применить теорию колебаний к распространению электрической индукции»,- писал Фарадей. При этом он указывал, что «на распространение магнитного воздействия требуется время, т. е. при воздействии магнита на другой отдаленный магнит или кусок железа влияющая причина (которую я позволю себе назвать магнетизмом) распространяется от магнитных тел постепенно и для своего распространения требует определенного времени, которое, очевидно, окажется весьма незначительным. Я полагаю также, что электрическая индукция распространяется точно таким же образом. Я полагаю, что распространение магнитных сил от магнитного полюса похоже на колебание взволнованной водной поверхности или же на звуковые колебания частиц воздуха».

Здесь возникает вопрос, узнаем ли мы когда-нибудь полную правду. Зная человеческую природу можно сказать, что, хотя это невозможно, мы всегда будем стремиться к этому. Однако есть опасность, что мы будем игнорировать эту тайну. Находясь на определенном этапе знания, мы можем заключить, что мы уже все знаем. Между тем, идет катастрофа, и вопрос в том, как мы можем ее отпустить? Возможно, это было из-за пренебрежения силами природы, силами природы. Примером может быть изобретатель компьютера, который в прошлом столетии считал, что приобретение знаний в компьютере будет неограниченным.

Фарадей понимал всю важность своей идеи и, не имея возможности проверить ее экспериментально, решил с помощью этого конверта «закрепить открытие за собой и, таким образом, иметь право, в случае экспериментального подтверждения, объявить эту дату датой своего открытия». Итак, 12 марта 1832 г. человечество впервые пришло к идее существования электромагнитных волн. С этой даты начинается история открытия радио.

Спустя годы после этого открытия, имея сегодня ноутбуки, это было заблуждением. Насколько масштабы нашего невежества увеличились по мере увеличения количества вопросов. Мы, физики, уклоняемся от земли. Предположим, мы хотим лететь в галактику далеко от Земли на несколько световых лет. Поскольку мы не можем построить космический корабль, который движется со скоростью выше скорости света, для достижения этой галактики недостаточно одного поколения космонавтов. Хотя можно представить себе космическое путешествие многих поколений космонавтов, но это возможно только в научной фантастике.

Но открытие Фарадея имело важное значение не только в истории техники. Оно оказало огромное влияние и на развитие научного миропонимания. С этого открытия в физику входит новый объект — физическое поле. Таким образом, открытие Фарадея принадлежит к тем фундаментальным научным открытиям, которые оставляют заметный след во всей истории человеческой культуры.

Именно эти константы, известные нам сегодня, определяют пределы познания. Если мы рассмотрим Большой взрыв, мы должны помнить, что наши знания до сих пор не доходят до того, что плотность материи несравнима с той, с которой мы имеем дело сегодня и которую мы не можем воспроизвести в наших условиях.

Мы не знаем эту «взрывную» физику, поэтому мы не знаем этих физических констант, если бы они были. Н.: Мы также не уверены, что сегодняшняя физика является конечной. У нас был Ньютон, который позже был проверен Эйнштейном, поэтому мы можем заключить, что Эйнштейн будет проверен кем-то другим.

Сын лондонского кузнеца переплетчик родился в Лондоне 22 сентября 1791 г. Гениальный самоучка не имел возможности даже закончить начальную школу и проложил путь в науку сам. Во время учения переплетному делу он читал книги, в особенности по химии, сам проделывал химические опыты. Слушая публичные лекции знаменитого химика Дэви, он окончательно убедился в том, что его призвание — наука, и обратился к нему с просьбой принять на работу в Королевский институт. С 1813 г., когда Фарадей был принят в институт лаборантом, и до самой смерти (25 августа 1867 г.) он жил наукой. Уже в 1821 г., когда Фарадей получил электромагнитное вращение, он поставил своей целью «превратить магнетизм в электричество». Десять лет поисков и напряженного труда увенчались открытием 29 августа 1871 г. электромагнитной индукции.

На этой основе была создана специальная теория относительности, уже неоднократно подтвержденная экспериментально. Однако, если одна из этих парадигм терпит неудачу, у нас будет новая физика. Если мы говорим, что мы знаем вселенную, природу, что мы знаем, что это было раньше, мы говорим это, потому что указанные физические константы не меняют своих значений с течением времени. Эксперименты, которые пытаются подорвать эти твердые вещества — и как и как они проводятся — не убедительны.

На самом деле мы можем сказать, что из определенной точки мы знаем, что физические законы, регулирующие Вселенную, уже не изменились — эти константы все те же. Есть ли секреты, с которыми мы не хотим встречаться? Кант говорил о двух типах метафизики — метафизике как о науке, которая не существует, а метафизике, как о естественной тенденции, которая заставляет нас нарушать табу.

«Двести три фута медной проволоки в одном куске были намотаны на большой деревянный барабан; другие двести три фута такой же проволоки были изолированы в виде спирали между витками первой обмотки, причем металлический контакт был устранен посредством шнурка. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с хорошо заряженной батареей из ста пар пластин в четыре квадратных дюйма с двойными медными пластинами. При замыкании контакта наблюдалось временное, но очень слабое действие на гальванометр, и подобное же слабое действие имело место при размыкании контакта с батареей». Так описал Фарадей свои первый опыт по индукции токов. Он назвал этот вид индукции вольта-электрической индукцией. Далее он описывает свой основной опыт с железным кольцом — прототипом современного трансформатора.

Границы существуют, но человеческий разум имеет естественную потребность задавать вопросы, на которые нельзя ответить эмпирически. Это не роскошь, а обязанность человека найти ее. Когда-то было убеждение, что слишком много любознательности оставляет нас от Бога. Мы сами создали табу — Бог не может быть известен, потому что мы потеряем веру. Аутентичные люди, которых уважают, прежде всего, доверяют, и их смирение было обусловлено культурным контекстом. Образованный человек начал уходить от Бога, утверждая, что он не поверит в это «суеверие».

Было много недоразумений, потому что иногда мы не ценили поиск истины. Христианство никогда официально не декларировало такую формулу, потому что вера нуждается в помощи разума, чтобы знать истину и даже спорить с Господом Богом. Можем ли мы действительно познакомиться с ним? Это еще одна проблема, но она не освобождает нас от обязанности постоянного поиска, потому что у нас есть причина. Церковь сегодня повторяет, что между верой и разумом нет противоречия. Даже если он победит некоторые догмы?

«Из круглого брускового мягкого железа было сварено кольцо; толщина металла была равна семи восьмым дюйма, а наружный диаметр кольца — шести дюймам. На одну часть этого кольца были намотаны три спирали содержащие каждая около двадцати четырех футов медной проволоки, толщиной в одну двадцатую дюйма. Спирали были изолированы от железа и друг от друга…, занимая приблизительно девять дюймов по длине кольца Ими можно было пользоваться по отдельности и в соединении; эта группа обозначена буквой А. На другую часть кольца было намотано таким же способом около шестидесяти футов такой же медной проволоки в двух кусках, которая образовывала спираль В, имевшую одинаковое направление со спиралями А, но отделенную от них на каждом конце на протяжении приблизительно полудюйма голым железом.

С.: Нам не нужно бояться, разум не может отменить любую догму, и если это произойдет, это означает, что нам не нужно иметь дело с догмой, но с человеческой формулой без покрытия. Причина состоит в том, чтобы уничтожить ложь, но истина никогда не терпит неудачу. Мы знаем это из истории Церкви, даже если это было очень сложно, Церковь смогла очистить себя от лжи, и мы этим гордимся.

Иллюстрацией может служить пример взаимоотношений экипажа двух космических кораблей, после возвращения экипажа одного из них было сказано: Бога нет, а другого — настолько прекрасного, что он может быть создан только Богом. Так что, если есть табу вообще, то это временное существо из-за культурных и социальных условий, которое в основном связано с опасениями иметь дело с чем-то рискованным с точки зрения потери научной позиции. Это волшебное слово — организация — имеет свое происхождение, остается вопрос — что?

Спираль В соединялась медными проводами с гальванометром, помещенном на расстоянии трех футов от железа. Отдельные спирали соединялись концы с концами так, что образовывали общую спираль, концы которой соединялись с батареей из десяти пар пластин в четыре квадратных дюйма. Гальванометр реагировал немедленно, и притом значительно сильнее чем это наблюдалось, как описано выше, при пользовании в десять раз более мощной спиралью, но без железа; однако, несмотря на сохранение контакта, действие прекращалось. При размыкании контакта с батареей стрелка снова сильно отклонялась, но в направлении, противоположном тому, которое индуцировалось в первом случае».

Поэтому Бог знает вещи такими, какие они есть, и мы такие, какие они есть. Р.: Вы можете не согласиться со мной, но что-то, что невозможно проверить экспериментально, будет всегда труднее принять. Особенно в области физики. Н.: Тот же Кант говорит: у меня ограниченные знания, чтобы освободить место для веры. Там, где есть границы знания, начинается моя вера.

Н.: Причины для этого ученого заключаются в следующем: все доказательства существования Бога были ложными, так что Бога нет. Тем временем только методология проверяется следующим образом: все доказательства существования Бога были ложными, но никаких заключений о его существовании или его существовании не может быть сделано. И это действительно выходит за рамки компетенции, но здесь также есть огромная проблема — правильная методология исследования: правильная или неправильная, это касается каждой области, будь то физика, астрономия, философия или теология.

Фарадей исследовал далее непосредственным опытом влияние железа, внося внутрь полой катушки железный стержень, в этом случае «индуцированный ток оказывал на гальванометр очень сильное действие». «Подобное действие было затем получено при помощи обыкновенных магнитов «. Фарадей назвал это действие магнитоэлектрической индукцией, полагая, что природа вольта-электрической и магнитоэлектрической индукции одинакова.

Почему он используется для обнаружения секретов — естественной необходимости углублять знания, прогресс или удовлетворять субъективные потребности отдельных исследователей? Это можно увидеть на примере неингибированных так называемых. основные исследования. Их природа заключается в том, чтобы открыть секреты природы, независимо от часто используемого стимула для их непосредственного использования. Когда Фарадей обнаружил явление электромагнитной индукции, его спросили, каково это было бы иметь человечество?

Он уклончиво сказал, что вы наверняка заплатите налоги и не обратитесь к научной стороне открытия. Его субъективная потребность заключалась в желании узнать и удовлетворении, которое пришло от него. Мне кажется, что использование полезности исследования не оправдано.

Все описанные опыты составляют содержание первого и второго разделов классического труда Фарадея «Экспериментальные исследования по электричеству», начатого 24 ноября 1831 г. В третьем разделе этой серии «О новом электрическом состоянии материи» Фарадей впервые пытается описать новые свойства тел, проявляемые в электромагнитной индукции. Он называет это обнаруженное им свойство «электротоническим состоянием». Это первый зародыш идеи поля, сформировавшейся позднее у Фарадея и впервые точно сформулированной Максвеллом. Четвертый раздел первой серии посвящен объяснению явления Араго. Фарадей правильно причисляет это явление к индукционным и пытается с помощью этого явления «получить новый источник электричества». При движении медного диска между полюсами магнита он получил ток в гальванометре при помощи скользящих контактов. Это была первая динамомашина. Фарадей резюмирует результаты своих опытов следующими словами: «Этим было показано, таким образом, что можно создать постоянный ток электричества при помощи обыкновенного магнита». Из своих опытов по индукции в движущихся проводниках Фарадей вывел зависимость между полюсностью магнита, движущимся проводником и направлением индуцированного тока, т. е. «закон, управляющий получением электричества посредством магнитоэлектрической индукции». В результате своих исследований Фарадей установил, что «способность индуцировать токи проявляется по окружности вокруг магнитной равнодействующей или силовой оси точно так, как расположенный по окружности магнетизм возникает вокруг электрического тока и им обнаруживается» * .

Пусть университет в фундаментальных исследованиях продолжит задавать вопросы о том, почему и открывать новые законы или правила, а колледжи технического использования должны использовать их, чтобы сделать жизнь проще, удобнее, интереснее, привлекательно и т.д. неправильная передача этого подразделения не принесет никакой пользы. С.: Поиск истины бескорыстен. Ребенок поднимает тысячи вопросов, и родители отвечают на них. Когда Колумб отправился в путешествие по всему миру, его спросили, почему он едет туда.

Ибо весь мир был сотворен. Но ему нужно было знать, текла для себя. Он убивает нас утверждением, что все должно быть полезно. Ибо в этом случае истина трактуется инструментально, зная, что тайна также играет важную роль. Вопрос о смысле человеческой жизни становится в нашей культуре совершенно бесполезным. Но, с другой стороны, если бы мы не задавали этот вопрос, наша жизнь была бы бессмысленной. Во-первых, есть самоотверженность, и тогда может оказаться, что истина по-разному используется во благо личной, социальной, экономической, политической жизни.

* (М. Фарадей, Экспериментальные исследования по электричеству, т. I, Изд. АН СССР, 1947, стр. 57. )

Другими словами, вокруг переменного магнитного потока возникает вихревое электрическое поле, подобно тому как вокруг электрического тока возникает вихревое магнитное поле. Этот фундаментальный факт был обобщен Максвеллом в виде его двух уравнений электромагнитного поля .

Для каждого открытия вам нужно быть хорошо подготовленным. Каждое открытие, даже так называемая медиальная катастрофа, покрывается огромными знаниями и опытом исследователя. Только огромные знания, воображение и выход за рамки традиционных рамок научных исследований позволяют увидеть нечто новое, новое, неизвестное, а затем называемое открытием. Коперника осудили не потому, что он ему не нравился, например, он был из Торунь, а потому, что он не мог понять, что Библию нельзя читать буквально. Часто исследователь сталкивается с вульгарным подходом к обучению, знаниям и непониманию.

Изучению явлений электромагнитной индукции, в особенности индукционного действия магнитного поля Земли, посвящена также вторая серия «Исследований», начатая 12 января 1832 г. Третью серию, начатую 10 января 1833 г., Фарадей посвящает доказательству тождества различных видов электричества: электростатического, гальванического, животного, магнитоэлектрического (т. е. получаемого посредством электромагнитной индукции). Фарадей приходит к выводу, что электричество, получаемое различными способами, качественно одинаково, разница в действиях только количественная. Этим был нанесен последний удар концепции различных «флюидов» смоляного и стеклянного электричества, гальванизма, животного электричества. Электричество оказалось единой, но полярной сущностью.

Иногда первооткрыватель опережает свое время, только новое поколение принимает его открытие. У нас также сегодня есть естественная тенденция комфортно укладывать мир в разные стороны, так что нам не нужно думать, просто чтобы потреблять. Примером может служить Джеймс Клерк Максвелл, чье знаменитое уравнение — наша цивилизация; Без них было бы трудно представить сегодняшние успехи и развитие. Однако понимание Максвелла механизма электромагнитного распространения не вписывается в сегодняшнюю интерпретацию этого явления.

Кроме того, Оливье Хевисайде, еще один ученый и математик, сделал его математические и математические формулы очень полезными. Это пример сущности и рода преемственности науки: вклад в универсальное знание имеет много ученых, даже «самых маленьких». Разве это не утешительно в эпоху очередного унижения академического мира? Каковы секреты современной науки , с которыми сталкиваются самые большие исследовательские возможности?

Весьма важна пятая серия «Исследований» Фарадея, начатая 18 июня 1833 г. Здесь Фарадей начинает свои исследования электролиза, приведшие его к установлению знаменитых законов, носящих его имя. Исследования эти были продолжены в седьмой серии, начатой 9 января 1834 г. В этой последней серии Фарадей предлагает новую терминологию: полюса, подводящие ток в электролит, он предлагает называть электродами, положительный электрод называть анодом, а отрицательный — катодом, частицы отлагаемого вещества, идущие к аноду он называет анионами, а частицы, идущие к катоду,- катионами . Далее, ему принадлежат термины электролит для разлагаемых веществ, ионы и электрохимические эквиваленты. Все эти термины прочно удержались в науке. Фарадей делает правильный вывод из найденных им законов, что можно говорить о каком-то абсолютном количестве электричества, связанном с атомами обычной материи. «Хотя мы ничего не знаем о том, что такое атом,- пишет Фарадей,- но мы невольно представляем себе какую-то малую частичку, которая является нашему уму, когда мы о ней думаем; правда, в таком же или в еще большем неведении мы находимся относительно электричества, мы даже не в состоянии сказать, представляет ли оно собою особую материю или материи, или же просто движение обыкновенного вещества, или еще вид какой-то силы или агента; тем не менее имеется огромное количество фактов, заставляющих нас думать, что атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами или связаны с ними и им они обязаны своими наиболее замечательными качествами, а в том числе своим химическим сродством друг к другу» * .

Ученые все еще задаются вопросом, почему заряд протона положителен, а электрон отрицателен? Какие свойства имеет антиматерия? Как ведет себя материал, известный при очень высоких температурах? Эти вопросы действительно имеют значение. Мы говорим о температурах, сравнимых с внутренней температурой Солнца. Это огромная проблема для физиков, очень важная в контексте поиска новых источников энергии.

Чтобы проиллюстрировать важность этой проблемы для человечества, достаточно привести одну из оценок. В ситуации такого большого прогресса науки, использования природы в служении человечеству проблема остается человеком, который все больше и больше путается. Изменения начинают размываться. Неизведанное развитие науки не оказывает отрицательного влияния на интеллектуальное развитие обществ, но наоборот — негативные явления, такие как вторичная неграмотность, размножаются.

* (М. Фарадей, Экспериментальные исследования по электричеству, т. I, Изд. АН СССР, 1947, стр. 335. )

Таким образом, Фарадей отчетливо высказал идею «электрификации» материи, атомного строения электричества, причем атом электричества, или, как выражается Фарадей, «абсолютное количество электричества», оказывается «столь же определенным по своему действию, как любое из тех количеств, которые, оставаясь связанными с частицами материи, сообщают им их химическое сродство». Элементарный электрический заряд, как показало дальнейшее развитие физики, действительно может быть определен из законов Фарадея.

Весьма важное значение имела девятая серия «Исследований» Фарадея. В этой серии, начатой 18 декабря 1834 г., шла речь о явлениях самоиндукции, об экстратоках замыкания и размыкания. Фарадей указывает при описании этих явлений, что хотя им присущи черты инерции, однако от механической инерции явление самоиндукции отличает тот факт, что они зависят от формы проводника. Фарадей отмечает, что «экстраток тождествен с… индуцированным током» * . В результате у Фарадея сложилось представление о весьма широком значении процесса индукции. В одиннадцатой серии своих исследований, начатой 30 ноября 1837 г., он утверждает: «Индукция играет самую общую роль во всех электрических явлениях, участвуя, по-видимому, в каждом из них, и носит в действительности черты первейшего и существенного начала» ** . В частности, по мнению Фарадея, всякий процесс зарядки есть процесс индукции, смещения противоположных зарядов: «вещества не могут быть заряжены абсолютно, а только относительно, по закону, тождественному с индукцией. Всякий заряд поддерживается индукцией. Все явления напряжения включают начало индукций» *** . Смысл этих утверждений Фарадея тот, что всякое электрическое поле («явление напряжения» — по терминологии Фарадея) обязательно сопровождается индукционным процессом в среде («смещением» — по позднейшей терминологии Максвелла). Этот процесс определяется свойствами среды, ее «индуктивной способностью», по терминологии Фарадея, или «диэлектрической проницаемостью», по современной терминологии. Фарадей опытом со сферическим конденсатором определил диэлектрическую проницаемость ряда веществ по отношению к воздуху. Эти эксперименты укрепили Фарадея в мысли о существенной роли среды в электромагнитных процессах.

* (М. Фарадей, Экспериментальные исследования по электричеству, т. I, Изд. АН СССР, 1947, стр. 445. )

** (М. Фарадей, Экспериментальные исследования по электричеству, т. I, Изд. АН СССР, 1947, стр. 478. )

*** (М. Фарадей, Экспериментальные исследования по электричеству, т. I, Изд. АН СССР, 1947, стр. 487. )

Закон электромагнитной индукции был существенно развит русским физиком Петербургской Академии Эмилием Христиановичем Ленцем (1804-1865). 29 ноября 1833 г. Ленц доложил Академии наук свое исследование «Об определении направления гальванических токов, возбуждаемых электродинамической индукцией». Ленц показал, что магнитоэлектрическая индукция Фарадея теснейшим образом связана с электромагнитными силами Ампера. «Положение, посредством которого магнитоэлектрическое явление сводится к электромагнитному, заключается в следующем: если металлический проводник движется поблизости от гальванического тока или магнита, то в нем возбуждается гальванический ток такого направления, что если бы данный проводник был неподвижным, то ток мог бы обусловить его перемещение в противоположную сторону; при этом предполагается, что покоящийся проводник может перемещаться только в направлении движения или в противоположном направлении» * .

* (Э. X. Ленц, Избранные труды, Изд. АН СССР, 1950, стр. 148-149. )

Этот принцип Ленца раскрывает энергетику индукционных процессов и сыграл важную роль в работах Гельмгольца по установлению закона сохранения энергии. Сам Ленц из своего правила вывел хорошо известный в электротехнике принцип обратимости электромагнитных машин: если вращать катушку между полюсами магнита, она генерирует ток; наоборот, если в нее послать ток, она будет вращаться. Электродвигатель можно обратить в генератор и наоборот. Изучая действие магнитоэлектрических машин, Ленц открывает в 1847 г. реакцию якоря.

В 1842-1843 гг. Ленц произвел классическое исследование «О законах выделения тепла гальваническим током» (доложено 2 декабря 1842 г., опубликовано в 1843 г.), начатое им задолго до аналогичных опытов Джоуля (сообщение Джоуля появилось в октябре 1841 г.) и продолженное им несмотря на публикацию Джоуля, «так как опыты последнего могут встретить некоторые обоснованные возражения, как это было уже показано нашим коллегой г-ном акад. Гессом» * . Ленц измеряет величину тока с помощью тангенс-буссоли — прибора, изобретенного гельсингфорским профессором Иоганном Нервандером (1805-1848), и в первой части своего сообщения исследует этот прибор. Во второй части «Выделение тепла в проволоках», доложенной 11 августа 1843 г., он приходит к своему знаменитому закону:

Нагревание проволоки гальваническим током пропорционально сопротивлению проволоки.
Нагревание проволоки гальваническим током пропорционально квадрату служащего для нагревания тока» ** .

* (Э. X. Ленц, Избранные труды, Изд. АН СССР, 1950, стр. 361. )

** (Э. X. Ленц, Избранные труды, Изд. АН СССР, 1950, стр. 441. )

Закон Джоуля — Ленца сыграл важную роль в установлении закона сохранения энергии. Все развитие науки об электрических и магнитных явлениях подводило к идее единства сил природы, к идее сохранения этих «сил».

Почти одновременно с Фарадеем электромагнитную индукцию наблюдал американский физик Джозеф Генри (1797-1878). Генри изготовил большой электромагнит (1828), который, питаясь от гальванического элемента с малым сопротивлением, поддерживал груз в 2000 фунтов. Об этом электромагните упоминает Фарадей и указывает, что с его помощью можно при размыкании получить сильную искру.

Генри впервые (1832) наблюдал явление самоиндукции, и его приоритет отмечен наименованием единицы самоиндукции «генри».

В 1842 г. Генри установил колебательный характер разряда лейденской банки. Тонкая стеклянная игла, с помощью которой он исследовал это явление, намагничивалась с различной полярностью, тогда как направление разряда оставалось неизменным. «Разряд, какова бы ни была его природа,- заключает Генри,- не представляется (пользуясь теорией Франклина.- П. К.) единичным переносом невесомого флюида с одной обкладки на другую; обнаруженное явление заставляет нас допустить существование главного разряда в одном направлении, а затем несколько странных действий назад и вперед, каждое из которых является более слабым, чем предыдущее, продолжающееся до тех пор, пока не наступит равновесие».

Индукционные явления становятся ведущей темой в физических исследованиях. В 1845 г. немецкий физик Франц Нейман (1798-1895) дал математическое выражение закона индукции , обобщив исследования Фарадея и Ленца.

Электродвижущая сила индукции выражалась у Неймана в виде производной по времени от некоторой функции, индуцирующей ток, и взаимной конфигурации взаимодействующих токов. Эту функцию Нейман назвал электродинамическим потенциалом. Он нашел также выражение для коэффициента взаимной индукции. В своем сочинении «О сохранении силы» в 1847 г. Гельмгольц выводит неймановское выражение для закона электромагнитной индукции из энергетических соображений. В этом же сочинении Гельмгольц утверждает, что разряд конденсатора представляет собой «не… простое движение электричества в одном направлении, но… течение его то в одну, то в другую сторону между двух обкладок в виде колебаний, которые делаются все меньше и меньше, пока, наконец, вся живая сила не будет уничтожена суммою сопротивлений».

В 1853 г. Уильям Томсон (1824-1907) дал математическую теорию колебательного разряда конденсатора и установил зависимость периода колебаний от параметров колебательного контура (формула Томсона).

В 1858 г. П. Блазерна (1836-1918) снял экспериментально резонансную кривую электрических колебаний, изучая действие индуцирующего разрядкой контура, содержащего батарею конденсаторов и замыкающий проводники на побочный контур, с переменной длиной индуцируемого проводника. В том же 1858 г. Вильгельм Феддерсен (1832-1918) наблюдал искровой разряд лейденской банки во вращающемся зеркале, а в 1862 г. он сфотографировал изображение искрового разряда во вращающемся зеркале. Тем самым колебательный характер разряда был установлен с полной очевидностью. Вместе с тем экспериментально была проверена формула Томсона. Так шаг за шагом создавалось учение об электрических колебаниях , составляющее научный фундамент электротехники переменных токов и радиотехники.

>> Открытие электромагнитной индукции

Глава 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

До сих пор мы рассматривали электрические и магнитные поля, не изменяющиеся с течением времени. Было выяснено, что электростатическое поле создается неподвижными заряженными частицами, а магнитное поле — движущимися, т. е. электрическим током . Теперь познакомимся с электрическими и магнитными полями, которые меняются со временем.

Самый важный факт, который удалось обнаружить, — это теснейшая взаимосвязь между электрическим и магнитным полями. Оказалось, что изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле — магнитное . Без этой связи между полями разнообразие проявлений электромагнитных сил не было бы столь обширным, каким оно наблюдается на самом деле. Не существовало бы ни радиоволн, ни света.

§ 8 ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

В 1821 г. М. Фарадей записал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет эта задача была им решена.

Не случайно первый, решающий шаг в открытии новых свойств электромагнитных взаимодействий сделан основоположником представлений об электромагнитном поле М. Фарадеем, который был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений. Благодаря этому он и сделал открытие, вошедшее в основу устройства генераторов всех электростанции мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока. (Источники, работающие на других принципах: гальванические элементы, аккумуляторы и пр., — дают ничтожную долю вырабатываемой электрической энергии.)

Электрический ток, рассуждал М. Фарадей, способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного, а именно: движущийся магнит , или меняющееся во времени магнитное поле, может возбудить электрический ток в катушке.

Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт. Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. В ходе работы он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, куда Колладон вводил магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывает тока. Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром, а кого-нибудь попросить заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

В учебнике физики для IX класса дан краткий экскурс в историю открытия рассматриваемого закона. Обзор целесообразно дополнить. Речь идет о фундаментальном законе природы, и нужно раскрыть все его стороны в процессе становления. Рассказ о процессе поисков закона Фарадеем особенно поучителен, и здесь не нужно- жалеть времени.
Майкл Фарадей родился в 1791 г. в окрестностях Лондона в семье кузнеца. Отец не имел средств для платы за учебу, и Фарадей в 13 лет был вынужден начать изучение переплетного дела. К счастью, он попал в ученики к владельцу книжного магазина. Любознательный мальчик жадно читал, причем нелегкую литературу. Его привлекали статьи по естественным наукам в Британской энциклопедии, он штудировал «Беседы о химии» Марсе. В 1811 г. Фарадей начал посещать общедоступные лекции по физике известного лондонского педагога Тэтума.
Поворотным в жизни Фарадея был 1812 г. Клиент владельца книжного магазина, член Королевского института Дэнс рекомендовал юноше прослушать лекции знаменитого химика Гэмфрн Дэви . Фарадей последовал доброму совету; он жадно слушал и тщательно конспектировал. По совету того же Дэнса он обработал записи и послал их Дэви, присоединив просьбу о предоставлении возможности исследовательской работы. В 1813 г. Фарадей получил место лаборанта в химической лаборатории Королевского института, которой руководил Дэви.
Вначале Фарадей — химик. Он быстро становится на путь самостоятельного творчества, и самолюбию Дэви приходится часто страдать от успехов ученика. В 1820 г. Фарадей узнает об открытии Эрстеда, и с этих пор его мысли поглощают электричество и магнетизм. Он начинает свои знаменитые экспериментальные исследования, приведшие к преобразованию физического мышления. В 1823 г. Фарадей был избран членом Лондонского Королевского общества, а затем назначен директором физической и химической лабораторий Королевского института. В стенах этих лабораторий были совершены величайшие открытия. Жизнь Фарадея, внешне монотонная, поразительна по творческому напряжению. О нем свидетельствует трехтомный: труд «Экспериментальные исследования по электричеству», в котором отражен шаг за шагом творческий путь гения.
В 1820 г. Фарадей ставит принципиально новую проблему: «превратить магнетизм в электричество». Это было вскоре после открытия магнитного действия токов. В опыте Эрстеда электрический ток действует, на магнит. Поскольку, согласно Фарадею, все силы природы взаимопревращаемы, можно, наоборот, магнитной силой возбудить электрический ток.
Фарадей ожижает газы, производит тонкие химические анализы, открывает новые химические свойства веществ. Но мысль его неотступно занята поставленной проблемой. В 1822 г. он описывает попытку обнаружить «состояние», обусловленное течением тока: «поляризовать луч света от лампы путем отражения и попытаться обнаружить, не окажет ли деполяризующее действие вода, расположенная между полюсами, вольтовой батареи в стеклянном сосуде…» Фарадей надеялся таким образом получить какую-нибудь информацию о свойствах тока. Но опыт не дал ничего. Далее следует 1825 год. Фарадей публикует статью «Электромагнитный ток (под влиянием магнита)», в которой высказывает следующую мысль. Если ток действует на магнит, то он должен испытывать, противодействие. «По разным соображениям, — пишет Фарадей,- было сделано предположение, что приближение полюса сильного магнита будет уменьшать электрическийток». И он описывает опыт, реализующий эту идею.
В дневнике от 28 ноябряря 1825 г. описан аналогичный опыт. Батарея гальванических элементов соединялась проводом. Параллельно этому проводу располагался другой (провода разделялись двойным слоем бумаги), концы которого присоединялись к гальванометру. Фарадей рассуждал, по-видимому, так. Если ток есть движение электрической жидкости и это движение действует на постоянный магнит — совокупность токов (по гипотезе Ампера), то движущаяся жидкость в одном проводнике должна заставить двигаться неподвижную — в другом, и гальванометр должен зафиксировать ток. «Разные соображения», о которых писал Фарадей при изложении первого опыта, сводились к тому же, только там ожидалась реакция движущегося в проводнике электрического флюида со стороны молекулярных токов постоянного магнита. Но опыты дали отрицательный результат.
Решение пришло в 1831 г., когда Фарадей предположил, что индукция должна возникнуть при и нестационарном процессе. Это была ключевая мысль, приведшая к открытию явления электромагнитной индукции.
Возможно, что к идее изменения тока заставило обратиться сообщение, полученное из Америки. Известие пришло от американского физика Джозефа Генри (1797 — 1878).
В юные годы Генри не проявлял ни исключительных способностей, ни интереса к науке. Вырос он в нищете, был батраком на ферме, актером. Так же, как и Фарадей, он занимайся самообразованием. Учиться начал с 16 лет в академии города Олбани. За семь месяцев он усвоил столько знаний, что получил место учителя в сельской школе. Затем Генри работал у профессора химии Бека в качестве лекционного ассистента. Работу он совмещал с учебой в академии. После окончания курса Генри был назначен инженером и инспектором на канале Эри. Через несколько месяцев он оставил эту выгодную должность, приняв приглашение на должность профессора математики и физики в Олбани. В это время английский изобретатель Вильям Стерджен (1783 — 1850) сообщил о своем изобретении подковообразного магнита, способного поднять стальное тело весом до четырех килограммов.
Генри увлекся электромагнетизмом. Он сразу же нашел способ увеличить подъемную силу до тонны. Достичь этого удалось новым в то время приемом: вместо изоляции тела магнита изолировался провод. Открылся способ создания многослойных обмоток. Еще в 1831 г. Генри показал возможность построения электродвигателя, изобрел электромагнитное реле, и с его помощью демонстрировал передачу электрических сигналов на расстояние, предвосхитив изобретение Морзе (телеграф Морзе появился в 1837 г.).
Подобно Фарадею Генри поставил перед собой задачу получить электрический ток с помощью магнита. Но это была постановка задачи изобретателя. И поиски направлялись голой интуицией. Открытие произошло за несколько лет до опытов Фарадея. Постановка ключевого опыта Генри изображена на рисунке 9. Здесь все так же, как показывается до сих пор. Только гальваническому элементу мы предпочитаем более удобный аккумулятор, а вместо крутильных весов пользуемся гальванометром.
Но Генри не сообщил об этом опыте никому. «Мне следовало напечатать это раньше,- говорил он сокрушенно своим друзьям,- Но у меня было так мало времени! Хотелось свести полученные результаты в какую-то систему» (курсив мой.- В. Д.). И отсутствие регулярного образования и еще более — утилитарно- изобретательский дух американской науки сыграли плохую роль. Генри, конечно, не понял и не почувствовал глубины и важности нового открытия. В противном случае он, конечно, оповестил бы ученый мир о величайшем факте. Умолчав об индукционных опытах, Генри сразу же послал сообщение, когда ему удалось поднять электромагнитом целую тонну.
Именно это сообщение и получил Фарадей. Возможно, оно послужило последним звеном в цепи умозаключений, приведших к ключевой идее. В опыте 1825 г. два провода отделялись бумагой. Индукция должна была быть, но не обнаруживалась вследствие слабости эффекта. Генри показал, что в электромагните эффект резко усиливается при применении многослойной обмотки. Следовательно, индукция должна возрасти, если индуктивное действие будет передаваться по большой длине. В самом деле, магнит — собрание токов. Возбуждение намагничивания в стальном стержне при пропускании тока по обмотке есть индукция тока током. Она усиливается, если путь тока по обмотке становится длиннее.
Такова возможная цепь логических умозаключений Фарадея. Вот полное описание первого успешного опыта: «Двести три фута медной проволоки в одном куске были намотаны на большой деревянный барабан; другие двести три фута такой же проволоки были проложены в виде спирали между витками первой обмотки, причем металлический контакт был везде устранен посредством шнурка. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с хорошо заряженной батареей из ста пар пластин в четыре квадратных дюйма с двойными медными пластинками. При замыкании контакта наблюдалось внезапное, но очень слабое действие на гальванометр, и подобное же слабое действие имело место при размыкании контакта с батареей».
Таков был первый опыт, давший положительный результат после десятилетних поисков. Фарадей устанавливает, что при замыкании и размыкании возникают индукционные токи противоположных направлений. Далее он переходит к изучению влияния железа на индукцию.
«Из круглого брускового, мягкого железа было сварено кольцо; толщина металла была равна семи-восьми дюймам, а наружный диаметр кольца — шести дюймам. На одну часть этого кольца было намотано три спирали, каждая из которых содержала около двадцати четырех футов медной проволоки толщиной в одну двадцатую дюйма. Спирали были изолированы от железа и друг от друга и наложены одна на другую… Ими можно было пользоваться по отдельности и в соединении; эта группа обозначена буквой А (рис. 10). На другую часть кольца было намотано таким же способом около шестидесяти футов такой же медной проволоки в двух кусках, образовавших спираль В, которая имела одинаковое направление со спиралями А, но была отделена от них на каждом конце на протяжении примерно полудюйма голым железом.
Спираль В соединялась медными проводами с гальванометром, помещенным на расстоянии трех футов от кольца. Отдельные спирали А соединялись конец с концом так, что образовали общую спираль, концы которой были соединены с батареей из десяти пар пластин в четыре квадратных дюйма. Гальванометр реагировал немедленно, притом значительно сильнее, чем это наблюдалось выше, при пользовании в десять раз более мощной спиралью без железа».
Наконец, Фарадей производит опыт, с которого до сих пор обычно начинают изложение вопроса об электромагнитной индукции. Это было точное повторение опыта Генри, изображенного на рисунке 9.
Задача, поставленная Фарадеем в 1820 г., была решена: магнетизм был превращен в электричество.
Вначале Фарадей различает индукцию тока от тока (ее он называет «вольта-электрическая индукция» и тока от магнита («магнито-электрическая индукция»). Но затем он показывает, что все случаи подчиняются одной общей закономерности.
Закон электромагнитной индукции охватил и другую группу явлений, которая получила впоследствии название явлений самоиндукции. Фарадей назвал новое явление так: «Индуктивное влияние электрического тока на самого себя».
Вопрос этот возник в связи со следующим фактом, сообщенным Фарадею в 1834 г. Дженкиным. Факт этот заключался в следующем. Две пластины гальванической батареи соединяются проволокой небольшой длины. При этом никакими ухищрениями экспериментатору не удается получить от этой проволоки электрического удара. Но если взять вместо проволоки обмотку электромагнита, то всякий раз при размыкании цепи ощущается удар. Фарадей писал: «Одновременно наблюдается другое, давно известное ученым явление, а именно: в месте разъединения проскакивает яркая электрическая искра» (курсив мой — В. Д.).
Фарадей начал обследование этих фактов и вскоре открыл ряд новых сторон явления. Ему понадобилось немного времени, Чтобы установить «тождественность явлений с явлениями индукции». Опыты, которые до сих пор демонстрируются и в.средней, и в высшей школе при объяснении явления самоиндукции, были поставлены Фарадеем в 1834 г.
Независимо аналогичные опыты были поставлены Дж. Генри, однако, как и опыты по индукции, они своевременно не были опубликованы. Причина та же: Генри не нашел физической концепции, охватывающей разнообразные по форме явления.
Для Фарадея самоиндукция была фактом, осветившим дальнейший путь поисков. Обобщая наблюдения, он приходит к заключениям большого принципиального значения. «Не подлежит сомнению, что ток в одной части провода может действовать путем индукции на другие части того же самого провода, находящиеся рядом… Именно это и создает впечатление, что ток действует на самого себя».
Не зная природы тока, Фарадей тем не менее точно указывает на суть дела: «Когда ток действует путем индукции нарядом с ним расположенное проводящее вещество, то, вероятно, он действует на имеющееся в этом проводящем веществе электричество,- все равно, находится ли последнее в состоянии тока или же оно неподвижно; в первом случае он усиливает или ослабляет ток, смотря по его направлению во втором — создает ток».
Математическое выражение закона электромагнитной индукций дал в 1873 г. Максвелл в «Трактате по электричеству и магнетизму». Только после этого он стал основой количественных расчетов. Так что закон электромагнитной индукции следует называть законом Фарадея-Максвелла.
Методические замечания . Известно, что возбуждение индукционного тока в проводнике, движущемся в постоянном магнитном поле, и в неподвижном проводнике, который находится в переменном магнитном поле, подчиняется одному и тому же закону . Для Фарадея и Максвелла это было очевидно, поскольку они представляли себе линии магнитной индукции как реальные образования в эфире. При включении и выключении тока или изменениях силы тока вокруг проводников, составляющих цепь, линии магнитной индукции перемещаются. При этом они пересекают саму цепь, обусловливая явление самоиндукции. Если около цепи с изменяющимся током находится какой-либо проводник, то линии магнитной индукции, пересекая его, возбуждают ЭДС электромагнитной индукции.
Материализация силовых линий электрического поля и линий магнитной индукции стали достоянием истории. Однако было бы ошибочно придавать силовым линиям лишь формальный характер. Современная физика считает, что силовая линия электрического поля и линия магнитной индукции- это геометрическое место точек, в которых данное поле имеет состояние, отличное от состояния в других точках. Это состояние определяется значениями векторов и в этих точках. При изменениях поля векторы и изменяются, соответственно изменяется, конфигурация силовых линий. Состояние поля может перемещаться в пространстве со скоростью света. Если проводник находится в поле, состояние которого изменяется, в проводнике возбуждается ЭДС.

Случай, когда поле постоянно, а проводник перемещается в этом поле, не описывается теорией Максвелла. Впервые на это обратил внимание Эйнштейн. Его основополагающая, работа «К электродинамике движущихся тел» как раз и начинается с обсуждения недостаточности теории Максвелла в этом пункте. Явление возбуждения ЭДС в проводнике, движущемся е постоянном магнитном поле, может быть включено в рамки теории электромагнитного поля, если ее дополнить принципом относительности и принципом постоянства скорости света.

Электромагнитная индукция — это явление, которое заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводнике в результате изменения магнитного поля, в котором он находится. Это явление открыл английский физик М. Фарадей в 1831 г. Суть его можно пояснить несколькими простыми опытами.

Описанный в опытах Фарадея принцип получения переменного тока используется в индукционных генераторах, вырабатывающих электрическую энергию на тепловых или гидроэлектростанциях. Сопротивление вращению ротора генератора, возникающее при взаимодействии индукционного тока с магнитным полем, преодолевается за счет работы паровой или гидротурбины, вращающей ротор. Такие генераторы преобразуют механическую энергию в энергию электрического тока .

Вихревые токи, или токи Фуко

Если массивный проводник поместить в переменное магнитное поле, то в этом проводнике благодаря явлению электромагнитной индукции возникают вихревые индукционные токи, называемые токами Фуко .

Вихревые токи возникают также при движении массивного проводника в постоянном, но неоднородном в пространстве магнитном поле. Токи Фуко имеют такое направление, что действующая на них в магнитном поле сила тормозит движение проводника. Маятник в виде сплошной металлической пластинки из немагнитного материала, совершающий колебания между полюсами электромагнита, резко останавливается при включении магнитного поля.

Во многих случаях нагревание, вызываемое токами Фуко, оказывается вредным, и с ним приходится бороться. Сердечники трансформаторов, роторы электродвигателей набирают из отдельных железных пластин, разделенных слоями изолятора, препятствующего развитию больших индукционных токов, а сами пластины изготовляют из сплавов, имеющих высокое удельное сопротивление.

Электромагнитное поле

Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, является статическим и действует на заряды. Постоянный ток вызывает появление постоянного во времени магнитного поля, действующего на движущиеся заряды и токи. Электрическое и магнитное поля существуют в этом случае независимо друг от друга.

Явление электромагнитной индукции демонстрирует взаимодействие этих полей, наблюдаемое в веществах, в которых есть свободные заряды, т. е. в проводниках. Переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое, действуя на свободные заряды, создает электрический ток. Этот ток, будучи переменным, в свою очередь порождает переменное магнитное поле, создающее электрическое поле в том же проводнике, и т. д.

Совокупность переменного электрического и переменного магнитного полей, порождающих друг друга, называется электромагнитным полем . Оно может существовать и в среде, где нет свободных зарядов, и распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны.

Классическая электродинамика — одно из высших достижений человеческого разума. Она оказала огромное влияние на последующее развитие человеческой цивилизации, предсказав существование электромагнитных волн. Это привело в дальнейшем к созданию радио, телевидения, телекоммуникационных систем, спутниковых средств навигации, а также компьютеров, промышленных и бытовых роботов и прочих атрибутов современной жизни.

Краеугольным камнем теории Максвелла явилось утверждение, что источником магнитного поля может служить одно только переменное электрическое поле, подобно тому, как источником электрического поля, создающим в проводнике индукционный ток, служит переменное магнитное поле. Наличие проводника при этом не обязательно — электрическое поле возникает и в пустом пространстве. Линии переменного электрического поля, аналогично линиям магнитного поля, замкнуты. Электрическое и магнитное поля электромагнитной волны равноправны.

Электромагнитная индукция в схемах и таблицах

Тест по физике на тему «Электромагнитная индукция»

Тест 11-1(электромагнитная индукция)

Вариант 1

1. Кто открыл явление электромагнитной индукции?

А. X. Эрстед. Б. Ш. Кулон. В. А. Вольта. Г. А. Ампер. Д. М. Фарадей. Е. Д. Максвелл.

2. Выводы катушки из медного провода присоединены к чувствительному гальванометру. В каком из перечисленных опытов гальванометр обнаружит возникновение ЭДС электромагнитной индукции в катушке?

В катушку вставляется постоянный магнит.
Из катушки вынимается постоянный магнит.
Постоянный магнит вращается вокруг своей продольной оси внутри катушки.

А. Только в случае 1. Б. Только в случае 2. В. Только в случае 3. Г. В случаях 1 и 2. Д. В случаях 1, 2 и 3.

3.Как называется физическая величина, равная произведению модуля В индукции магнитного поля на площадь S поверхности, пронизываемой магнитным полем, и косинус
угла а между вектором В индукции и нормалью п к этой поверхности?

А. Индуктивность. Б. Магнитный поток. В. Магнитная индукция. Г. Самоиндукция. Д. Энергия магнитного поля.

4. Каким из приведенных ниже выражений определяется ЭДС индукции в замкнутом контуре?

A. Б. В. Г. Д.

5. При вдвигании полосового магнита в металлическое кольцо и выдвигании из него в кольце возникает индукционный ток. Этот ток создает магнитное поле. Каким полюсом обращено магнитное поле тока в кольце к: 1) вдвигаемому северному полюсу магнита и 2) выдвигаемому северному полюсу магнита.

A. 1 — северным, 2 — северным. Б. 1 — южным, 2 — южным.

B. 1 — южным, 2 — северным. Г. 1 — северным, 2 — южным.

6. Как называется единица измерения магнитного потока?

А. Тесла. Б. Вебер. В. Гаусс. Г. Фарад. Д. Генри.

7. Единицей измерения какой физической величины является 1 Генри?

А. Индукции магнитного ноля. Б. Электроемкости. В. Самоиндукции. Г. Магнитного потока. Д. Индуктивности.

8. Каким выражением определяется связь магнитного по тока через контур с индуктивностью L контура и силой тока I в контуре?

A. LI. Б. . В. LI^‘ . Г. LI². Д. .

9. Каким выражением определяется связь ЭДС самоиндукции с силой тока в катушке?

А. Б. В. LI. Г. . Д. LI^‘.

10. Ниже перечислены свойства различных полей. Какими из них обладает электростатическое поле?

Линии напряженности обязательно связаны с электрическими зарядами.
Линии напрялсенности не связаны с электрическими зарядами.
Поле обладает энергией.
Поле не обладает энергией.
Работа сил по перемещению электрического заряда по замкнутому пути может быть не равна нулю.
Работа сил по перемещению электрического заряда по любому замкнутому пути равна нулю.

А. 1, 4, 6. Б. 1, 3, 5. В. 1, 3, 6. Г. 2, 3, 5. Д. 2, 3, 6. Е. 2, 4, 6.

11. Контур площадью 1000 см² находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,5 Тл, угол между вектором В индукции и нормалью к поверхности контура 60°. Каков магнитный поток через контур?

А. 250 Вб. Б. 1000 Вб. В. 0,1 Вб. Г. 2,5 · 10^-2 Вб. Д. 2,5 Вб.

12. Какая сила тока в контуре индуктивностью 5 мГн создает магнитный поток 2 · 10^-2 Вб?

А. 4 мА. Б. 4 А. В. 250 А. Г. 250 мА. Д. 0,1 А. Е. 0,1 мА.

13. Магнитный поток через контур за 5 · 10^-2 с равномерно уменьшился от 10 мВб до 0 мВб. Каково значение ЭДС в контуре в это время?

А. 5 · 10^-4 В. Б. 0,1 В. В. 0,2 В. Г. 0,4 В. Д. 1 В. Е. 2 В.

14. Каково значение энергии магнитного поля катушки индуктивностью 5 Гн при силе тока в ней 400 мА?

А. 2 Дж. Б. 1 Дж. В. 0,8 Дж. Г. 0,4 Дж. Д. 1000 Дж. Е. 4·10⁵ Дж.

15. Катушка, содержащая n витков провода, подключена к источнику постоянного тока с напряжением U на выходе. Каково максимальное значение ЭДС самоиндукции в катушке при увеличении напряжения на ее концах от 0 В до U В?

A, U В, Б. nU В. В. U/п В. Г. Может быть во много раз больше U, зависит от скорости изменения силы тока и от индуктивности катушки.

16. Две одинаковые лампы включены в цепь источника постоянного тока, первая последовательно с резистором, вторая последовательно с катушкой. В какой из ламп (рис. 1) сила тока при замыкании ключа К достигнет максимального значения позже другой?

А. В первой. Б. Во второй. В. В первой и второй одновременно. Г. В первой, если сопротивление резистора больше сопротивления катушки. Д. Во второй, если сопротивление катушки больше сопротивления резистора.

17. Катушка индуктивностью 2 Гн включена параллельно с резистором электрическим сопротивлением 900 Ом, сила тока в катушке 0,5 А, электрическое сопротивление катушки 100 Ом. Какой электрический заряд протечет в цепи катушки и резистора при отключении их от источника тока (рис. 2)?

А. 4000 Кл. Б. 1000 Кл. В. 250 Кл. Г. 1 • 10 ^-2 Кл. Д. 1,1 • 10^-3 Кл. Е. 1 • 10^-3 Кл.

18. Самолет летит со скоростью 900 км/ч, модуль вертикальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли 4 • 10⁵ Тл. Какова разность потенциалов между концами крыльев самолета, если размах крыльев равен 50 м?

А. 1,8 В. Б. 0,9 В. В. 0,5 В. Г. 0,25 В.

19. Какой должна быть сила тока в обмотке якоря электромотора для того, чтобы на участок обмотки из 20 витков длиной 10 см, расположенный перпендикулярно вектору индукции в магнитном поле с индукцией 1,5 Тл, действовала сила 120 Н?

А. 90 А. Б. 40 А. В. 0,9 А. Г. 0,4 А.

20. Какую силу нужно приложить к металлической перемычке для равномерного ее перемещения со скоростью 8 м/с по двум параллельным проводникам, расположенным на расстоянии 25 см друг от друга в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл? Вектор индукции перпендикулярен плоскости, в которой расположены рельсы. Проводники замкнуты резистором с электрическим сопротивлением 2 Ом.

А. 10000 Н. Б. 400 Н. В. 200 Н. Г. 4 Н. Д. 2 Н. Е. 1 Н.

Вариант 2

1. Как называется явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через контур?

А. Электростатическая индукция. Б. Явление намагничивания. В. Сила Ампера. Г. Сила Лоренца. Д. Электролиз. Е. Электромагнитная индукция.

В катушку вставляется постоянный магнит.
Катушка надевается на магнит.

3)Катушка вращается вокруг магнита, находящегося
внутри нее.

А.В случаях 1, 2 и 3. Б. В случаях 1 и 2. В. Только в случае 1. Г. Только в случае 2. Д. Только в случае 3.

3. Каким из приведенных ниже выражений определяется магнитный поток?

A. BScosα. Б. . В. qvBsinα. Г. qvBI. Д. IBlsina.

4. Что выражает следующее утверждение: ЭДС индукции в замкнутом контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром?

А. Закон электромагнитной индукции. Б. Правило Ленца. В. Закон Ома для полной цепи. Г. Явление самоиндукции. Д. Закон электролиза.

5. При вдвигании полосового магнита в металлическое кольцо и выдвигании из него в кольце возникает индукционный ток. Этот ток создает магнитное поле. Каким полюсом обращено магнитное поле тока в кольце к: 1) вдвигаемому южному полюсу магнита и 2) выдвигаемому южному полюсу магнита.

A. 1 — северным, 2 — северным. Б. 1 — южным, 2 — южным.

B. 1 — южным, 2 — северным. Г. 1 — северным, 2 — южным.

6. Единицей измерения какой физической величины является 1 Вебер?

А. Индукции магнитного поля. Б. Электроемкости. В. Самоиндукции. Г. Магнитного потока. Д. Индуктивности.

7. Как называется единица измерения индуктивности?

А. Тесла. Б. Вебер. В. Гаусс. Г. Фарад. Д. Генри.

8. Каким выражением определяется связь энергии магнитного потока в контуре с индуктивностью L контура и силой тока I в контуре?

А. . Б. . В. LI², Г. LI^‘ . Д. LI.

9.Какая физическая величина х определяется выражением х= для катушки из п витков.

А. ЭДС индукции. Б. Магнитный поток. В. Индуктивность. Г. ЭДС самоиндукции. Д. Энергия магнитного поля. Е. Магнитная индукция.

10. Ниже перечислены свойства различных полей. Какими из них обладает вихревое индукционное электрическое поле?

Линии напряженности обязательно связаны с электрическими зарядами.
Линии напряженности не связаны с электрическими зарядами.
Поле обладает энергией.
Поле не обладает энергией.
Работа сил по перемещению электрического заряда по замкнутому пути может быть не равна нулю.
Работа сил по перемещению электрического заряда по любому замкнутому пути равна нулю.

А. 1, 4, 6. Б. 1, 3, 5. В. 1, 3, в. Г. 2, 3, 5. Д. 2, 3, 6. Е. 2, 4, 6.

11. Контур площадью 200 см² находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,5 Тл, угол между вектором В индукции и нормалью к поверхности контура 60°. Каков магнитный поток через контур?

А. 50 Вб. Б. 2 · 10^-2 Вб. В. 5 · 10^-3 Вб. Г. 200 Вб. Д. 5 Вб.

12. Ток 4 А создает в контуре магнитный поток 20 мВб. Какова индуктивность контура?

А. 5 Гн. Б. 5 мГн. В. 80 Гн. Г. 80 мГн. Д. 0,2 Гн. Е. 200 Гн.

13. Магнитный поток через контур за 0,5 с равномерно уменьшился от 10 мВб до 0 мВб. Каково значение ЭДС в контуре в это время?

А. 5 · 10^-3 В. Б. 5 В. В. 10 В. Г. 20 В. Д. 0,02 В. Е. 0,01 В.

14. Каково значение энергии магнитного поля катушки индуктивностью 500 мГн при силе тока в ней 4 А?

А. 2 Дж. Б. 1 Дж. В. 8 Дж. Г. 4 Дж. Д. 1000 Дж. Е. 4000 Дж.

15. Катушка, содержащая п витков провода, подключена к источнику постоянного тока с напряжением U на выходе. Каково максимальное значение ЭДС самоиндукции в катушке при уменьшении напряжения на ее концах от U В до 0 В?

A. U В. Б. nU В. В. U/n В. Г. Может быть во много раз больше U, зависит от скорости изменения силы тока и от индуктивности катушки.

16. В электрической цепи, представленной на рисунке 1, четыре ключа 1, 2, 3 и 4 замкнуты. Размыкание какого из четырех даст лучшую возможность обнаружить явление самоиндукции?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Любого из четырех.

17. Катушка индуктивностью 2 Гн включена параллельно с резистором электрическим сопротивлением 100 Ом, сила тока в катушке 0,5 А, электрическое сопротивление катушки 900 Ом. Какой электрический заряд протечет в цепи катушки и резистора при отключении их от источника тока (рис. 2)?

А. 4000 Кл. Б. 1000 Кл. В. 250 Кл. Г. 1 • 10^-2 Кл. Д. 1,1 • 10^-3 Кл. Е. 1 • 10^-3 Кл.

18. Самолет летит со скоростью 1800 км/ч, модуль вертикальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли 4 • 10^-5 Тл. Какова разность потенциалов между концами крыльев самолета, если размах крыльев равен 25 м?

А. 1,8 В. В. 0,5 В. В. 0,9 В. Г. 0,25 В.

19. Прямоугольная рамка площадью S с током I помещена в магнитном поле с индукцией В . Чему равен момент силы, действующей на рамку, если угол между вектором В и нормалью к рамке равен а?

A. IBS sin а. Б. IBS. В. IBS cos а. Г. I²BS sin а. Д. I²BS cos а.

20. По двум вертикальным рельсам, верхние концы которых замкнуты резистором электрическим сопротивлением R, начинает скользить проводящая перемычка массой т и длиной I. Система находится в магнитном поле. Вектор индукции перпендикулярен плоскости, в которой расположены рельсы. Найдите установившуюся скорость и движения перемычки. Сила трения пренебрежимо мала.

А. . В. В. . Г. . Д. .

Ответы:

Номер вопроса и ответ

Вариант 1

Вариант 2

В этом месяце в истории физики

4 сентября 1821 г. и 29 августа 1831 г.: Фарадей и электромагнетизм

Майкл Фарадей

Британский ученый Майкл Фарадей — человек, внесший большой вклад в наше понимание электричество и магнетизм — имели относительно скромное начало. Он родился 22 сентября 1791 года в семье местного кузнеца в районе Лондона, ныне известном как Слон и Замок. Он посещал дневную школу и выучил основы чтения, письма и арифметики, но никогда не получал более формального образования.Вместо этого, в возрасте 14 лет, он был учеником переплетчика на семь лет, в течение которых у него развился интерес к науке, особенно к химии.

Природная любознательность Фарадея заставила его много читать по естествознанию и проводить химические эксперименты, даже построив свою собственную электростатическую машину. Он также присоединился к Городскому философскому обществу в 1810 году, которое занималось самосовершенствованием в группе молодых людей, которые собирались каждую неделю, чтобы послушать лекции на научные темы и обсудить научные вопросы.Именно здесь Фарадей прочитал свои первые лекции, а также познакомился с Хамфри Дэви, профессором химии Королевского института. Дэви назначил молодого Фарадея помощником химика в Королевском институте в 1813 году, таким образом направив своего протеже в направлении того, что впоследствии стало выдающейся научной карьерой.

В 1820 году датский натурфилософ Ганс Кристиан Эрстед открыл явление электромагнетизма, открывшее широкое поле для научных исследований по всей Европе.Фарадей принял в этом участие. 3 сентября 1821 года он провел серию экспериментов в своей подвальной лаборатории Королевского института, кульминацией которых стало открытие им электромагнитного вращения — принципа, лежащего в основе электродвигателя.

Однако в последующее десятилетие возможности Фарадея для проведения оригинальных исследований были строго ограничены, хотя он быстро стал известен как один из выдающихся научных лекторов своего времени. Он сжижал хлор в 1823 году и открыл бензол два года спустя, но он не возобновил свою работу по электромагнетизму до августа 1831 года, когда Фарадей начал десять дней интенсивной работы, которая имела революционный эффект.Еще с 1825 года он задавался вопросом, может ли электрический ток, проходящий через проводник, вызвать электрический ток в соседнем проводнике.

Лаборатория Майкла Фарадея. Врезка с изображением аппарата Фарадея. (AIP Emilio Segrè Visual Archives; вставка: http://www.the-education-site.com/faraday.html)

29 августа ему удалось сделать это с помощью железного кольца диаметром шесть дюймов. , вокруг которого были намотаны пять витков медной проволоки.Одна катушка была подключена к гальванической батарее, а другая — к гальванометру. В тот момент, когда ток в батарее был активным, в гальванометре появлялся переходный ток в обратном направлении. Этот известный теперь индукционный элемент был первым электрическим трансформатором, и современные трансформаторы, некоторые из которых имеют мощность до 550 МВА и содержат более 40 тонн меди, по-прежнему построены по тому же принципу.

Затем Фарадей продемонстрировал, что силовые линии магнитного поля можно разрезать и вызвать ток, просто вращая вручную медный диск между полюсами мощного электромагнита.Сейчас это известно как принцип динамо-машины, и вскоре он нашел практическое применение во многих небольших электрических генераторах. Потребовалось несколько лет, чтобы такие генераторы стали эффективными, но к 1841 году в Бирмингеме для гальваники медных изделий использовались силовые многополюсные машины, а к 1858 году генератор электрического света был установлен на маяке Северного Форленда.

В течение оставшейся части 1830-х годов Фарадей работал над развитием своих идей об электричестве, провозглашая новую теорию электрохимического действия, из которой были придуманы многие слова, которые сегодня являются основными в научных исследованиях: электрод, электролит, анод, катод и ион. , назвать несколько.Он также работал над новой теорией статического электричества и электрической индукции, которая привела его к отказу от традиционного представления о том, что электричество является невесомой жидкостью. Вместо этого он предположил, что это форма силы, которая передается от частицы к частице материи.

В 1840-х годах, вызванный дискуссиями с молодым Уильямом Томсоном (позднее лордом Кельвином), Фарадей провел серию экспериментов, которые привели к открытию магнитооптического эффекта, известного сегодня как эффект Фарадея. Математические основы этого эффекта были разработаны Томсоном и по его инициативе Джеймсом Клерком Максвеллом, в руках которого он стал одним из краеугольных камней современной физики.Фарадей продолжал работать в науке еще два десятилетия, но хроническое недомогание в конечном итоге взяло свое. Он умер в Хэмптон-Корт 25 августа 1867 года.

Дополнительная литература:

Людвиг, Чарльз: Майкл Фарадей, отец электроники (1988)

Электромагнитная индукция — MagLab

В 1831 году Майкл Фарадей провел множество экспериментов, чтобы доказать, что электричество может быть произведено из магнетизма. Он не только продемонстрировал электромагнитную индукцию, но и разработал хорошее представление о происходящих в ней процессах.

В 1831 году, Майкл Фарадей провел многочисленные эксперименты, пытаясь доказать, что электричество может быть произведено из магнетизма. В течение нескольких недель великий экспериментатор не только ясно продемонстрировал это явление, теперь известное как электромагнитная индукция , но и разработал хорошее представление о связанных с ним процессах. В одном из экспериментов, проведенных Фарадеем в тот важный год, использовались постоянный магнит и гальванометр, подключенные к катушке с проволокой, намотанной вокруг бумажного цилиндра, аналогично тем, что показаны в этом руководстве.

Чтобы смоделировать эксперимент Фарадея, щелкните и перетащите стержневой магнит назад и вперед внутри катушки. Обратите внимание, что вольтметр , подключенный к катушке, показывает наличие тока только тогда, когда магнит действительно находится в движении, и что его стрелка отклоняется в одном направлении, когда магнит перемещается в катушку, и в противоположном направлении, когда его тянут. из катушки. Также обратите внимание на линии магнитного поля , изображенные синим цветом, исходящие от магнита, и то, как направление тока (указано черными стрелками) изменяется в зависимости от того, в каком направлении движется магнит.Как вы можете заметить, когда северный конец магнита входит в катушку, индуцируется ток, который распространяется вокруг катушки против часовой стрелки; когда магнит затем вытаскивается из катушки, направление меняется на по часовой стрелке.

Также обратите внимание, что возникающий ток сильнее, когда магнит перемещается быстро, а не постепенно. Отрегулируйте ползунок числа витков и снова переместите магнит внутрь и наружу, чтобы определить соотношение между витками провода в катушке и током, индуцируемым в этой катушке.Как показывает вольтметр, большее напряжение может быть наведено в катушках, сделанных из большего числа витков провода.

Используйте синюю кнопку перекидного магнита , чтобы увидеть, как все меняется, когда южный конец магнита, демонстрирующий различные силовые линии, взаимодействует с катушками провода.

В этой демонстрации электромагнитной индукции механическая энергия движущегося магнита преобразуется в электричество, потому что движущееся магнитное поле, попадая в проводник, индуцирует ток, протекающий в проводнике.Что также происходит (хотя это не показано в этом руководстве), так это то, что ток, индуцированный в проводе, в свою очередь, создает другое магнитное поле вокруг провода. Это поле противостоит полю движущегося магнита, как объясняется законом Ленца .

, открывший электромагнитную индукцию

Получите нужные ответы прямо сейчас! Открытие электромагнитной индукции было сделано почти одновременно, хотя и независимо, Майклом Фарадеем, который первым сделал открытие в 1831 году, и Джозефом Генри в 1832 году.В нем говорится, что напряжение (ЭДС) будет индуцироваться при изменении магнитной среды свернутого провода. Магнетизм. Никола Тесла. Эксперимент Фарадея. Роль Джозефа Генри в открытии электромагнитной индукции — IOPscience Этот сайт использует файлы cookie. Схема электромагнитной индукции показана ниже: Закон Фарадея — это уравнение, математически описывающее электромагнитную индукцию. Используется в генераторах. Пропустите через него ток, и вы получите электромагнит. Электромагнитная индукция — это процесс генерации электрического тока с помощью магнитного поля.Люминесцентная лампа: когда исследователи отображают трехмерный поток реки вокруг пирса моста или ветра вокруг крыла самолета (рисунок ниже), они используют линии тока, линии, которые отслеживают поток… CodyCross, Puzzle. Если он перемещал магнит через петлю из проволоки, по ней протекал электрический ток. Он также открыл важные принципы электромагнитной индукции, за что он был удостоен чести в 1893 году, когда Международный конгресс электриков назвал единицу индукции «Генри».«В нем говорится, что напряжение (ЭДС) будет индуцироваться при изменении магнитной среды свернутой проволоки. Магнитный поток, пронизывающий катушку с проволокой, можно изменить, перемещая стержневой магнит внутрь и наружу … В современном мире Принцип электромагнитной индукции используется в электрических генераторах для выработки электроэнергии. Такой ток называется индуцированным током, а это явление называется электромагнитной индукцией. Ниже вы найдете правильный ответ на «Он обнаружил электромагнитную индукцию». ваш кроссворд продолжайте навигацию и попробуйте нашу функцию поиска.mrslazear34. Посмотреть решение Какой будет величина ЭДС. D.… Чарльз Бэббидж (1791–1871). Национальность: Британия. Известна: обнаружена электромагнитная индукция. Электромагнитная индукция была открыта независимо Майклом Фарадеем в 1831 году и Джозефом Генри в 1832 году. имеет огромное коммерческое значение. Все достижения в области электричества, технический прогресс обязан своим достижением открытию электромагнитной индукции.Единицей измерения индуктивности является генри, названный в честь Джозефа Генри (1797–1878), американского ученого, который открыл электромагнитную индукцию независимо от и примерно в то же время, что и Майкл Фарадей (1791–1867) в Англии. пользователя rksphy81_59555. Это происходит всякий раз, когда магнитное поле и электрический проводник движутся относительно друг друга, так что проводник пересекает силовые линии в магнитном поле. варианты ответа. Задача 9RCQ из главы 25: Кто открыл электромагнитную индукцию и кто ее применил… Получить решения cowtney1594 cowtney1594 05.03.2019 Высшая школа физики ответила Кто открыл электромагнитную индукцию? Закон назван в честь Майкла Фарадея, который провел эксперимент с магнитом и катушкой. 23 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ, ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 23.1 Эта ветряная турбина в устье Темзы в Великобритании является примером работы индукции. Фарадей заложил основу концепции электромагнитного поля в физике. Кто открыл электромагнитную индукцию? Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем, опубликованным в 1831 году.Майкл Фарадей FRS был английским ученым, внесшим вклад в изучение электромагнетизма и электрохимии. D.… генерация электрического тока из-за переменного магнитного поля (инверсия открытия Эрстеда). Кроме того, он придумал слова анод, катод и электролиз. Томас Эдисон. В начале девятнадцатого века Эрстед обнаружил, что магнитное поле существует вокруг проводника с током. Кроссворды на тему «Он открыл электромагнитную индукцию» Добавлены во вторник, 15 декабря 2020 г.Он обнаружил, что именно относительное движение между проводником и магнитным полем производит ток. Средняя точность 69%. В ходе своей работы в 1831 году он открыл принцип электромагнитной индукции, согласно которому при изменении магнитного поля, в которое помещалась катушка или индуктор, в катушке индуцировалась ЭДС. Редактировать. Электромагнетизм — одна из великих сил, которые люди ежедневно используют в нескольких целях. История теории электромагнетизма начинается с древних методов работы с атмосферным электричеством, в частности с молнией.Фарадей закладывает основы развития электрогенератора. Электромагнетизм, наука о заряде, а также о силах и полях, связанных с зарядом. 6-8 класс. Плазма 7а. Эти знания позволили изобрести индукционную машину, у которой есть два отца: Галилео … Следовательно, индукционные варочные панели считаются электромагнитами, которые производят очень высокие уровни индукционного излучения ЭМП. Он состоит из прочной термостойкой стеклокерамической пластины, на которую пользователь ставит кастрюли и сковороды, которые необходимо нагреть.Электромагнитная индукция нашла множество применений, включая электрические компоненты, такие как индукторы и трансформаторы, а также такие устройства, как электродвигатели и генераторы. EM Induction — 2 6. Альтернативы. Положительные ионы Возможно, величайшим теоретическим достижением физики XIX века было открытие электромагнитных волн. В то время как удивительное открытие Эрстеда электромагнетизма проложило путь для более практического применения электричества, именно Майкл Фарадей дал нам ключ к практическому производству электричества: электромагнитную индукцию.Фарадей обнаружил, что напряжение будет генерироваться на длине провода, если на этот провод будет воздействовать перпендикулярный поток магнитного поля… Эта ситуация описывается словами: «Чтобы генерировать ток, либо проводник может перемещаться через поле, либо поле может перемещаться мимо. дирижер. Просмотрите этот тест на Quizizz. Ветер толкает лопасти турбины, вращая вал, прикрепленный к магнитам. Щелкните, чтобы увидеть полный ответ. Эти эксперименты станут основой современной электромагнитной технологии, которая используется до сих пор.Он был независимо открыт Джозефом Генри в 1832 году. Электромагнетизм — электромагнетизм — открытие электрической индукции Фарадеем: Фарадей, величайший экспериментатор в области электричества и магнетизма 19-го века и один из величайших физиков-экспериментаторов всех времен, работал и переставал 10 лет, пытаясь доказать, что магнит может индуцировать электричество. Чтобы понять закон индукции Фарадея, важно иметь базовое представление о магнитных полях. БОНУС: укажите определение дополнительных 100 баллов.Люминесцентная лампа 7Н. Электромагнитная индукция возникает, когда электрический провод проходит через изменяющееся магнитное поле. Генераторы используют электромагнитную индукцию для преобразования механической энергии в электрическую. В генераторе переменного или переменного тока электрический ток периодически меняет направление. Фарадей открыл много способов, чтобы это произошло. ЭМ индукция — 1 5а-2. Кроссворды на тему «Он открыл электромагнитную индукцию» Добавлено во вторник, 15 декабря 2020 г. Кроме того, структура ДНК аналогична структуре индуктора (16) в приемнике и может генерировать некоторые волны.Это явление известно как электромагнитная индукция. Это то, что дает нам электромагнитную индукцию или индуцированную электродвижущую силу, или как вы хотите это называть. Индукционная варочная панель похожа на любую другую керамическую варочную панель с разными зонами для размещения сковород и кастрюль разного размера. Концепция электромагнитной индукции: Явление электромагнитной индукции было открыто Эрстедом в 1820 году. Электромагнитная индукция была первоначально открыта в 1802 году Гансом Орстедом. ›› Определение: Генри.Кто в 1831 году открыл электромагнитную индукцию? Майкл Фарадей. Электромагнитная индукция. Ученый, первым обнаруживший отклонение стрелки компаса при размещении рядом с несущим проводом, был Ганс Кристиан Эрстед. Кто изобрел первый генератор? Томас Эдисон. 0. Что такое электромагнитная индукция. Модификация закона Ампера с целью включения возможности изменения электрических полей во времени дает четвертое уравнение Максвелла. Фарадей обнаружил, что изменения в магнитном поле могут вызвать электродвижущую силу и ток в соседней цепи.Электромагнитная индукция была впервые обнаружена еще в 1830-х годах. Электромагнитная индукция была впервые обнаружена еще в 1830-х годах Майклом Фарадеем. C. Свет — это электромагнитная волна. Узнайте больше об электромагнетизме в этой статье. Создавая электромагниты, он открыл электромагнитное явление самоиндукции. Переменный ток — это электричество, протекающее по линиям электропередач и домашней электропроводке, в отличие от постоянного тока, который мы получаем от батарей.Электромагнитная индукция — это процесс, в котором электродвижущая сила (напряжение) создается через электрический проводник с переменными магнитными полями или магнитным потоком. Б. ОБЗОР. Без оценки. Кто открыл электромагнитную индукцию? Готовый? Фарадей открыл электромагнитное вращение К 1831 году британский ученый Майкл Фарадей работал с магнитами и электрическим током. Электромагнитная или магнитная индукция — это создание электродвижущей силы (т. Е. Напряжения) на электрическом проводнике в изменяющемся магнитном поле.Майклу Фарадею обычно приписывают открытие индукции в 1831 году, а Джеймс Клерк Максвелл математически описал это как закон индукции Фарадея. электромагнитные поля или продольные ультразвуковые волны. 2 месяца назад. Для выработки электрического тока можно использовать магнит и катушку с проволокой. Майкл Фарадей открыл закон индукции в 1830 году. В 1812 году Майкл Фарадей (1791-1867), английский химик и физик, смог достичь факта существования электромагнитного поля. Электромагнитная индукция = электрический ток, возникающий при изменении магнитного поля.Редактировать. В первой экспериментальной демонстрации Фарадея (29 августа 1831 г.) он намотал два провода на противоположные стороны железного кольца или «тора» (устройство, подобное современному тороидальному трансформатору). Этот метод основан на свойствах радиочастотной (РЧ) энергии. Кто в 1831 году открыл электромагнитную индукцию? Он был независимо открыт Джозефом Генри в 1832 году. Магнитная индукция была открыта в 1830 году английским физиком Майклом Фарадеем. Он преобразует механическую энергию в электрическую… Кто открыл электромагнитную индукцию и кто применил ее на практике? Электромагнитная индукция — это производство электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике в результате изменения магнитного поля вокруг проводника и является наиболее важным из трех явлений. Приложения: — 1. Концептуальная физика (12-е издание) Редактировать издание. Кто открыл электромагнитную индукцию? ДНК построена из заряженных частиц, и согласно законам физики при любом движении этих частиц возникают некоторые электромагнитные волны (15).Все электрические машины, такие как генераторы, двигатели, трансформаторы и т. Д., Работают по законам Фарадея электромагнитной индукции.

Snapchat Бета-код 2021, Стоимость подготовки на Уолл-стрит, Вера Герман Национальность, Нил Сальвасьон Рабия, Альтернативное сафари Dark Reader, Imessage Ошибка при активации Mac, Филиппинская математическая олимпиада Задачи и решения Pdf, Оповещения о новостях фондового рынка, Аудиодорожка Roku по умолчанию, Чертеж поперечного сечения дороги в Autocad,

Закон электромагнитной индукции.Кто открыл явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. Еще за 10 лет до этого Фарадей думал о способе превратить магнетизм в электричество. Он считал, что магнитное поле и электрическое поле должны быть как-то связаны.

Обнаружение электромагнитной индукции

Например, с помощью электрического поля вы можете намагнитить железный предмет. Наверное, должна быть возможность использования магнита для получения электрического тока.

Во-первых, Фарадей открыл явление электромагнитной индукции в неподвижных относительно друг друга проводниках. Когда ток появлялся в одной из них в другой катушке, ток также индуцировался. Более того, в дальнейшем он исчез, а снова появился только при отключении питания на одну катушку.

Спустя некоторое время Фарадей экспериментально доказал, что при перемещении одной катушки без тока в цепи относительно другой, на концах которой приложено напряжение, электрический ток появится и в первой катушке.

Следующим экспериментом было введение в катушку магнита, и в нем тоже появился ток. Эти эксперименты показаны на следующих рисунках.

Фарадей сформулировал основную причину появления тока в замкнутом контуре. В замкнутой проводящей цепи ток возникает, когда количество линий магнитной индукции, пронизывающих эту цепь, изменяется.

Чем больше это изменение, тем сильнее индукционный ток. Как бы мы ни добились изменения количества линий магнитной индукции.Например, это можно сделать, перемещая контур в неоднородном магнитном поле, как это произошло в эксперименте с магнитом или перемещением катушки. И мы можем, например, изменить силу тока в катушке, прилегающей к цепи, и магнитное поле, создаваемое этой катушкой, изменится.

Формулировка закона

Подведем краткие итоги. Явление электромагнитной индукции — это явление возникновения тока в замкнутом контуре с изменением магнитного поля, в котором этот контур находится.

Для более точной формулировки закона электромагнитной индукции необходимо ввести величину, которая бы характеризовала магнитное поле — поток вектора магнитной индукции.

Магнитный поток

Вектор магнитной индукции обозначается буквой B. Он будет характеризовать магнитное поле в любой точке пространства. Теперь рассмотрим замкнутый контур, ограничивающий поверхность S. Поместим ее в однородное магнитное поле.

Между вектором нормали к поверхности и вектором магнитной индукции будет определенный угол a.Магнитный поток Φ через поверхность площадью S называется физической величиной, равной произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь поверхности и косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к контуру.

Φ = B * S * cos (а).

Произведение B * cos (a) — это проекция вектора B на нормаль n. Следовательно, форму магнитного потока можно переписать следующим образом:

Единицей измерения магнитного потока является Вебер.2, перпендикулярный вектору магнитной индукции.

После открытий Эрстеда и Ампера стало ясно, что электричество обладает магнитной силой. Теперь необходимо было подтвердить влияние магнитных явлений на электрические. Эта задача была блестяще решена Фарадеем.

Майкл Фарадей (1791-1867) родился в Лондоне, в одном из его беднейших районов. Его отец был кузнецом, а мать была дочерью фермера-арендатора. Когда Фарадей достиг школьного возраста, его отправили в начальную школу.Курс, взятый здесь Фарадеем, был очень узким и ограничивался только обучением чтению, письму и началом рассказа.

В нескольких шагах от дома, в котором жила семья Фарадеев, находился книжный магазин, который также был переплетчиком. Вот куда попал Фарадей, окончив курс начальной школы, когда встал вопрос о выборе ему профессии. Майклу на тот момент было всего 13 лет. Уже в молодом возрасте, когда Фарадей только начинал заниматься самообразованием, он стремился полагаться исключительно на факты и проверять сообщения других на собственном опыте.

Эти стремления доминировали над ним всю жизнь как основные черты его научной деятельности. Фарадей начал заниматься физико-химическими экспериментами еще мальчиком при самом первом знакомстве с физикой и химией. Однажды Майкл посетил одну из лекций Хамфри Дэви, великого английского физика.

Фарадей сделал подробную запись лекции, переплел ее и отправил Дэви. Он был так поражен, что пригласил Фарадея поработать с ним секретарем. Вскоре Дэви отправился в путешествие по Европе и взял с собой Фарадея.За два года они посетили крупнейшие университеты Европы.

Вернувшись в Лондон в 1815 году, Фарадей начал работать ассистентом в одной из лабораторий Королевского института в Лондоне. В то время это была одна из лучших физических лабораторий в мире. С 1816 по 1818 год Фарадей напечатал ряд небольших заметок и небольших воспоминаний по химии. К 1818 году появилась первая работа Фарадея по физике.

Опираясь на опыт своих предшественников и объединив несколько собственных опытов, к сентябрю 1821 года Майкл опубликовал «Историю успеха электромагнетизма».Уже в это время он составил совершенно правильное представление о сути явления отклонения магнитной стрелки током.

Достигнув этого успеха, Фарадей на десять лет оставляет занятия в области электричества, посвящая себя изучению ряда объектов иного рода. В 1823 году Фарадей сделал одно из важнейших открытий в области физики — он впервые достиг сжижения газа и в то же время установил простой, но действенный метод преобразования газов в жидкости.В 1824 году Фарадей сделал несколько открытий в области физики.

Среди прочего он установил тот факт, что свет влияет на цвет стекла, изменяя его. В следующем году Фарадей снова переходит от физики к химии, и результатом его работы в этой области является открытие бензина и серно-нафталиновой кислоты.

В 1831 году Фарадей опубликовал трактат об особом виде оптических иллюзий, который послужил основой для красивого и любопытного оптического снаряда, названного «хромотропным».В том же году был опубликован еще один трактат ученого «О виброплитах». Многие из этих произведений могли сами увековечить имя своего автора. Но наиболее важными из научных работ Фарадея являются его исследования в области электромагнетизма и электрической индукции.

Строго говоря, важный отдел физики, который интерпретирует явления электромагнетизма и индукционного электричества и который сейчас имеет такое огромное значение для техники, был создан Фарадеем на пустом месте.

К тому времени, когда Фарадей полностью посвятил себя исследованиям в области электричества, было обнаружено, что в обычных условиях присутствие наэлектризованного тела достаточно для того, чтобы его влияние могло возбуждать электричество в любом другом теле. В то же время было известно, что провод, по которому течет ток и который также представляет собой наэлектризованное тело, никак не влияет на другие провода, расположенные рядом с ним.

Почему это исключение зависело? Это вопрос, который интересовал Фарадея и решение которого привело его к важнейшим открытиям в области индукционного электричества.Как обычно, Фарадей начал серию экспериментов, которые должны были прояснить суть дела.

Фарадей намотал на одной деревянной скалке два изолированных провода параллельно друг другу. Он соединил концы одного провода с батареей из десяти элементов, а концы другого — с чувствительным гальванометром. Когда через первый провод пропускали ток,

Фарадей обратил все свое внимание на гальванометр, ожидая увидеть появление тока во втором проводе из-за колебаний.Однако ничего подобного не произошло: гальванометр оставался спокойным. Фарадей решил увеличить силу тока и ввел в схему 120 гальванических элементов. Результат тот же. Фарадей повторил этот эксперимент десятки раз и все с одинаковым успехом.

Любой другой на его месте оставил бы эксперименты, убедившись, что ток, проходящий через провод, не влияет на соседний провод. Но Фарадей всегда старался извлечь из своих экспериментов и наблюдений все, что они могут дать, и поэтому, не получив прямого воздействия на провод, подключенный к гальванометру, он стал искать побочные эффекты.

Сразу заметил, что гальванометр, оставаясь полностью спокойным во время прохождения тока, начинает колебаться при замыкании самой цепи, а при размыкании оказалось, что в момент, когда ток был пропущен по первому проводу, и также, когда эта передача прекращается, второй провод также возбуждает ток, имеющий в первом случае направление, противоположное первому току, и такое же направление во втором случае и продолжающееся только одно мгновение.

Эти вторичные мгновенные токи, вызванные влиянием первичных, были названы Фарадеем индуктивными, и это название сохранилось для них до сих пор.Будучи мгновенными, мгновенно исчезающими после своего появления, индуктивные токи не имели бы никакого практического значения, если бы Фарадей не нашел способ использовать гениальное устройство (переключатель) для прерывания и повторного проведения первичного тока, идущего от батареи, через первый провод, поэтому что второй провод постоянно возбуждается все новыми и новыми индуктивными токами, становясь, таким образом, постоянным. Так был найден новый источник электрической энергии, помимо ранее известных (трение и химические процессы), — индукция, и новый вид этой энергии — индукционное электричество.

Продолжая свои эксперименты, Фарадей далее обнаружил, что достаточно просто подвести провод, скрученный в замкнутую кривую, к другому, по которому течет гальванический ток, чтобы вызвать индуктивный ток в направлении, противоположном гальваническому току в нейтральном проводе. , так что удаление нейтрального провода снова вызывает индуктивное возбуждение, ток уже идет в том же направлении, что и гальванический ток, проходящий через фиксированный провод, и что, наконец, эти индуктивные токи возбуждаются только тогда, когда провод приближается и удаляется в ток гальванического проводника, и без этого движения токи не возбуждаются, независимо от того, насколько близко провода расположены друг к другу.

Таким образом, было обнаружено новое явление, подобное описанному выше явлению индукции при замыкании и прекращении гальванического тока. Эти открытия, в свою очередь, привели к новым. Если возможно вызвать индукционный ток путем короткого замыкания и прекращения гальванического тока, не будет ли тот же результат результатом намагничивания и размагничивания железа?

Работы Эрстеда и Ампера уже установили связь магнетизма и электричества. Было известно, что железо превращается в магнит, когда на него наматывается изолированный провод и через него протекает гальванический ток, и что магнитные свойства этого железа исчезают, как только прекращается ток.

На основе этого Фарадей изобрел такой опыт: два изолированных провода были намотаны на железное кольцо; Причем одна проволока наматывалась на одну половину кольца, а другая — на другую. По одному проводу пропускали ток от гальванической батареи, а концы другого подключались к гальванометру. И вот, когда ток замыкался или прекращался, и, следовательно, когда железное кольцо было намагничено или размагничено, стрелка гальванометра быстро колебалась, а затем быстро останавливалась, то есть в нейтральном проводе возбуждались все те же мгновенные индуктивные токи — это время: уже под воздействием магнетизма.

Таким образом, здесь впервые магнетизм был превращен в электричество. Получив эти результаты, Фарадей решил разнообразить свои эксперименты. Вместо железного кольца он стал использовать железную полосу. Вместо того чтобы возбуждать магнетизм в железе гальваническим током, он намагничивал железо, касаясь его постоянным стальным магнитом. Результат был тот же: всегда в проволоке! ток возбуждался во время намагничивания и размагничивания железа.

Затем Фарадей ввел в проволочную спираль стальной магнит — приближение и удаление последнего вызвало индукционные токи в проволоке.Одним словом, магнетизм в смысле возбуждения индукционных токов действует точно так же, как гальванический ток.

В то время физики были сильно озабочены одним загадочным явлением, открытым в 1824 году Араго и не находившим объяснения, несмотря на; что этого объяснения усиленно искали такие выдающиеся ученые того времени, как сам Араго, Ампер, Пуассон, Бабадж и Гершель.

Дело было следующим образом. Магнитная игла, свободно свисающая, быстро останавливается, когда под ней подносится круг из немагнитного металла; если затем вращать круг, магнитная стрелка начинает двигаться за ним.

В спокойном состоянии нельзя было открыть малейшее притяжение или отталкивание между кругом и стрелой, а тот же круг, который находился в движении, тянул не только легкую стрелу, но и тяжелый магнит. Это поистине чудесное явление казалось ученым того времени загадочной загадкой, чем-то сверхъестественным.

Основываясь на своих вышеизложенных данных, Фарадей сделал предположение, что круг из немагнитного металла под действием магнита во время вращения окружен индуктивными токами, которые воздействуют на магнитную стрелку и притягивают ее за магнитом.

Действительно, поместив край круга между полюсами большого подковообразного магнита и соединив центр провода и край круга с помощью гальванометра, Фарадей получил постоянный электрический ток во время вращения круга.

После этого Фарадей остановился на другом явлении, вызвавшем тогда всеобщее любопытство. Как известно, если посыпать магнит железными опилками, они сгруппируются по определенным линиям, называемым магнитными кривыми. Фарадей, обратив внимание на это явление, дал в 1831 году основу для магнитных кривых под названием «силовые линии магнитного поля», которое впоследствии вошло в широкое употребление.

Изучение этих «линий» привело Фарадея к новому открытию, оказалось, что для индукции индуктивных токов приближение и удаление источника от магнитного полюса необязательны. Для возбуждения токов достаточно известным способом пересечь магнитные силовые линии.

Дальнейшие работы Фарадея в вышеупомянутом направлении приобрели, с точки зрения его современности, характер чего-то совершенно чудесного. В начале 1832 года он продемонстрировал устройство, в котором индукционные токи возбуждались без помощи магнита или гальванического тока.

Устройство состояло из железной полосы, помещенной в катушку из проволоки. В обычных условиях это устройство не подавало ни малейшего признака появления в нем токов; но как только ему дали направление, соответствующее направлению магнитной стрелки, в проводе возбудился ток.

Затем Фарадей дал положение магнитной стрелки одной катушке, а затем ввел в нее железную полоску: снова возбудился ток. Причиной возникновения тока в этих случаях был земной магнетизм, который вызывал индукционные токи, подобные обычному магниту или гальваническому току.Чтобы более наглядно показать и доказать это, Фарадей провел еще один эксперимент, полностью подтвердивший его соображения.

Он рассудил, что если круг из немагнитного металла, например, из меди, вращающийся в положении, в котором он пересекает силовые линии соседнего магнита, дает индуктивный ток, то тот же круг, вращающийся в отсутствие магнита, но в положении, в котором круг будет пересекать линии земного магнетизма, также должен давать индуктивный ток.

Действительно, медный круг, вращаясь в горизонтальной плоскости, давал индукционный ток, который вызывал заметное отклонение стрелки гальванометра. Фарадей завершил ряд исследований в области электрической индукции, сделав в 1835 году открытие «индуцирующего воздействия тока на самого себя».

Он обнаружил, что когда гальванический ток замыкается или размыкается в самом проводе, который служит проводником для этого тока, возникают мгновенные индуктивные токи.

Русский физик Эмиль Христофорович Ленц (1804-1861) дал правило для определения направления индукционного тока. «Индукционный ток всегда направлен таким образом, что создаваемое им магнитное поле препятствует или замедляет индуцирующее индукцию движение», — отмечает А.А. Коробко-Стефанов в своей статье об электромагнитной индукции. — Например, когда катушка приближается к магниту, индуцированный индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле будет противоположно магнитному полю магнита.В результате между катушкой и магнитом возникают силы отталкивания.

Правило Ленца следует из закона сохранения и преобразования энергии. Если бы индукционные токи ускоряли вызывающее их движение, то работа создавалась бы из ничего. После небольшого толчка катушка устремится к магниту, и в то же время индукционный ток будет выделять в нем тепло. На самом деле индукционный ток создается за счет сближения магнита и катушки.

Почему возникает индукционный ток? Глубоко объяснив явление электромагнитной индукции, далангианский физик Джеймс Клерк Максвелл является создателем полной математической теории электромагнитного поля.

Чтобы лучше понять суть дела, рассмотрим очень простой опыт. Пусть катушка состоит из одной катушки с проволокой и пронизана переменным магнитным полем, перпендикулярным плоскости катушки. В катушке естественно возникает индукционный ток.Максвелл интерпретировал этот эксперимент чрезвычайно смело и неожиданно.

При изменении магнитного поля в пространстве по Максвеллу возникает процесс, для которого наличие проволочной петли не имеет значения. Главное здесь — появление замкнутых круговых линий электрического поля, закрывающих изменяющееся магнитное поле. Под действием возникающего электрического поля электроны начинают двигаться, и в катушке возникает электрический ток. Катушка — это просто устройство, которое позволяет обнаруживать электрическое поле.

Суть явления электромагнитной индукции в том, что переменное магнитное поле всегда генерирует электрическое поле в окружающем пространстве с замкнутыми силовыми линиями. Такое поле называется вихрем.

Исследования в области индукции, создаваемой земным магнетизмом, дали Фарадею возможность еще в 1832 году выразить идею телеграфа, который затем лег в основу этого изобретения. Вообще открытие электромагнитной индукции недаром относят к самым выдающимся открытиям XIX века — на этом явлении основана работа миллионов электродвигателей и генераторов электрического тока по всему миру…

Источник информации: Самин Д.К. «Сто великих научных открытий». М .: «Вече», 2002,

Ответ:

Следующим важным шагом в развитии электродинамики после экспериментов Ампера было открытие явления электромагнитной индукции. Явление электромагнитной индукции было открыто английским физиком Майклом Фарадеем (1791 — 1867).

Фарадей, еще молодой ученый, как и Эрстед, думал, что все силы природы взаимосвязаны и, более того, способны трансформироваться друг в друга.Интересно, что Фарадей высказал эту идею еще до установления закона сохранения и преобразования энергии. Фарадей знал об открытии Ампера, что, говоря образным языком, он превратил электричество в магнетизм. Размышляя над этим открытием, Фарадей пришел к выводу, что если «электричество создает магнетизм», то, наоборот, «магнетизм должен создавать электричество». А в 1823 году он записал в дневнике: «Превратите магнетизм в электричество». Восемь лет Фарадей работал над решением этой проблемы.Долгое время его преследовали неудачи, и, наконец, в 1831 году он решил это — открыл явление электромагнитной индукции.

во-первых, Фарадей открыл явление электромагнитной индукции для случая, когда катушки намотаны на одном барабане. Если электрический ток возникает или исчезает в одной катушке в результате подключения к ней гальванической батареи или отключения от нее, то в этот момент в другой катушке возникает кратковременный ток. Этот ток регистрируется гальванометром, который подключен ко второй катушке.

Затем Фарадей также установил наличие индукционного тока в катушке, когда катушка, в которой протекал электрический ток, приближалась к ней или удалялась от нее.

, наконец, третий случай электромагнитной индукции, который обнаружил Фарадей, заключался в том, что в катушке возникал ток, когда в нее вводили магнит или удаляли из нее.

Открытие Фарадея привлекло внимание многих физиков, которые также начали изучать особенности явления электромагнитной индукции.Следующей задачей было установить общий закон электромагнитной индукции. Необходимо было выяснить, как и от чего зависит сила индукционного тока в проводнике или от чего зависит значение электродвижущей силы индукции в проводнике, в котором индуцируется электрический ток.

Эта задача была сложной. Она была полностью решена Фарадеем и Максвеллом позже в рамках разработанной ими доктрины электромагнитного поля. Но ее пытались решить и физики, придерживавшиеся обычной для того времени теории дальнодействия в теории электрических и магнитных явлений.

Что-то удалось этим ученым. Более того, они могли бы открыть правило определения направления индукционного тока в различных случаях электромагнитной индукции, открытое петербургским академиком Эмилием Христиановичем Ленцем (1804 — 1865). Ленц сформулировал это так: «Если металлический проводник движется близко к гальваническому току или магниту, то в нем возбуждается гальванический ток в таком направлении, что, если бы этот проводник был неподвижным, ток мог бы заставить его двигаться в противоположном направлении. направление; предполагается, что покоящийся проводник может двигаться только в направлении движения или в противоположном направлении.”

Это правило очень удобно для определения направления индукционного тока. Мы используем его сейчас, только сейчас он сформулирован несколько иначе, с использованием концепции электромагнитной индукции, которую Ленц не использовал.

Но исторически главное значение правила Ленца заключалось в том, что оно натолкнуло на мысль о том, как подойти к определению закона электромагнитной индукции. Дело в том, что в правиле атома устанавливается связь между электромагнитной индукцией и явлением взаимодействия токов.Вопрос о взаимодействии токов был решен еще Ампера. Поэтому установление этой связи сначала позволило определить выражение электродвижущей силы индукции в проводнике для ряда частных случаев.

В общих чертах закон электромагнитной индукции, как мы уже сказали, был установлен Фарадеем и Максвеллом.

Электромагнитная индукция — это явление возникновения электрического тока в замкнутой цепи при изменении проходящего через нее магнитного потока.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутой проводящей цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что вызывает изменение потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным.

Самоиндукция — это возникновение индукции ЭДС в замкнутой проводящей цепи при изменении тока, протекающего по цепи.

Когда ток в цепи изменяется, магнитный поток через поверхность, ограниченную этой цепью, также изменяется пропорционально. Изменение этого магнитного потока в силу закона электромагнитной индукции приводит к возбуждению в этой цепи индуктивной ЭДС.

Это явление называется самоиндукцией. (Это понятие связано с понятием взаимной индукции, являясь как бы его частным случаем).

Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при увеличении тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому увеличению (направлено против тока), а при уменьшении тока — уменьшается (со -направление с током). По этому свойству ЭДС самоиндукции подобна инерции.

Созданию первого реле предшествовало изобретение в 1824 году англичанином Штургеном электромагнита — устройства, преобразующего входной электрический ток проволочной катушки, намотанной на железный сердечник, в магнитное поле, сформированное внутри и снаружи этого сердечника.Магнитное поле фиксировалось (детектировалось) по его воздействию на ферромагнитный материал, расположенный вблизи сердечника. Этот материал притягивался к сердечнику электромагнита.

Впоследствии эффект преобразования энергии электрического тока в механическую энергию осмысленного движения внешнего ферромагнитного материала (якоря) лег в основу различных электромеханических телекоммуникационных устройств (телеграфия и телефония), электротехники и электроэнергетики. Одним из первых таких устройств было электромагнитное реле, изобретенное американцем Дж.Генрих в 1831 году.

До сих пор мы рассматривали электрические и магнитные поля, которые не меняются с течением времени. Выяснилось, что электрическое поле создается электрическими зарядами, а магнитное поле — движущимися зарядами, т. Е. Электрическим током. Перейдем к знакомству с электрическими и магнитными полями, которые меняются со временем.

Самым важным фактом, который был обнаружен, была самая тесная связь между электрическим и магнитным полями. Изменяющееся во времени магнитное поле создает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле.Без этой связи между полями разнообразие проявлений электромагнитных сил не было бы таким обширным, как на самом деле. Не было бы ни радиоволн, ни света.

Неслучайно первый решительный шаг в открытии новых свойств электромагнитных взаимодействий сделал основоположник представлений об электромагнитном поле — Фарадей. Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений. Благодаря этому он сделал открытие, которое впоследствии легло в основу устройства генераторов всех электростанций мира, преобразующих механическую энергию в энергию электрического тока.(Другие источники: гальванические элементы, батареи и т. Д. — дают незначительную долю вырабатываемой энергии.)

Электрический ток, утверждал Фарадей, способен намагнитить кусок железа. Может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока?

Долгое время это соединение не находилось. Было сложно придумать главное, а именно: только движущийся магнит или изменяющееся во времени магнитное поле может возбудить электрический ток в катушке.

Какие случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт.Практически одновременно с Фарадеем швейцарский физик Колладон попытался получить электрический ток в катушке с помощью магнита. При работе он использовал гальванометр, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не воздействовал напрямую на иглу, концы катушки, в которую Колладон вставлял магнит, надеясь получить в нем ток, выносили в соседнюю комнату и соединяли там с гальванометром. Вставив магнит в катушку, Колладон прошел в соседнюю комнату и с досадой

убедился, что гальванометр не показывает ток.Если бы ему пришлось все время смотреть на гальванометр и просить кого-нибудь взяться за магнит, было бы сделано замечательное открытие. Но этого не произошло. Магнит, покоящийся относительно катушки, не вызывает в ней тока.

Явление электромагнитной индукции заключается в появлении электрического тока в проводящей цепи, который либо находится в изменяющемся во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что количество проникающих линий магнитной индукции схема меняется.Он был открыт 29 августа 1831 года. Редкий случай, когда дата нового замечательного открытия известна так точно. Вот описание первого опыта, данное самим Фарадеем:

«Медная проволока длиной 203 фута была намотана на широкую деревянную катушку, и проволока такой же длины, но изолированная от первой хлопковой нити, была намотана между ними. повороты. Одна из этих спиралей была подключена к гальванометру, а другая — к мощной батарее, состоящей из 100 пар пластин … Когда цепь была замкнута, можно было заметить внезапное, но очень слабое воздействие на гальванометр, и то же самое. вещь была замечена когда ток перестал.При непрерывном прохождении тока через одну из спиралей невозможно было заметить ни воздействие на гальванометр, ни какое-либо индукционное воздействие на другую спираль в целом, несмотря на то, что нагрев всей спирали, подключенной к батарее и яркость искры, проскальзывающей между углями, указывала на заряд батареи »(Фарадей М.« Экспериментальные исследования электричества », 1-я серия).

Итак, индукция была первоначально обнаружена в неподвижных проводниках относительно друг друга, когда цепь была замкнута и разомкнута.Затем, четко понимая, что приближение или удаление проводников с током должно приводить к тому же результату, что и замыкание и размыкание цепи, Фарадей экспериментально доказал, что ток возникает при перемещении каждой катушки.

по отношению к другу. Знакомый с работами Ампера, Фарадей понял, что магнит — это совокупность небольших токов, циркулирующих в молекулах. 17 октября, как записано в его лабораторном журнале, индукционный ток был обнаружен в катушке во время вставки (или вытягивания) магнита.В течение одного месяца Фарадей экспериментально обнаружил все существенные особенности явления электромагнитной индукции.

В настоящее время эксперименты Фарадея может повторить каждый. Для этого у вас должны быть две катушки, магнит, батарея ячеек и довольно чувствительный гальванометр.

В схеме, показанной на рисунке 238, индукционный ток возникает в одной из катушек, когда электрическая цепь другой катушки замыкается или размыкается, которая является неподвижной относительно первой.В установке, показанной на Рисунке 239, при использовании реостата сила тока в одной из катушек изменяется. На рисунке 240 индукционный ток появляется при движении катушек относительно друг друга, а на рисунке 240, б — при движении постоянного магнита относительно катушки.

Уже сам Фарадей уловил тот генерал, который определяет появление индукционного тока в экспериментах, которые выглядят иначе.

В замкнутой проводящей цепи ток возникает, когда количество линий магнитной индукции, пронизывающих область, ограниченную этой цепью, изменяется.И чем быстрее изменяется количество линий магнитной индукции, тем больше индуцированный ток. Причем совершенно безразлична причина изменения количества линий магнитной индукции. Это может быть как изменение количества линий магнитной индукции, пронизывающих область стационарной проводящей цепи, за счет изменения силы тока в соседней катушке (рис. 238), так и изменение количества линий индукции за счет движения контура в неоднородном магнитном поле, плотность линий которого изменяется в пространстве (рис.241).

Вектор магнитной индукции \\ (~ \\ vec B \\) характеризует магнитное поле в каждой точке пространства. Введем еще одну величину, которая зависит от значения вектора магнитной индукции не в одной точке, а во всех точках произвольно выбранной поверхности. Эта величина называется потоком вектора магнитной индукции или магнитным потоком .

Выбираем в магнитном поле такой небольшой элемент поверхности с площадью Δ S , чтобы магнитную индукцию во всех точках можно было считать одинаковой.Пусть \\ (~ \\ vec n \\) будет нормалью к элементу, образующему угол α с направлением вектора магнитной индукции (рис. 1).

Поток вектора магнитной индукции через поверхность площадью Δ S назовем величиной, равной произведению модуля вектора магнитной индукции \ (~ \ vec B \) на площадь Δ S и косинус угла α между векторами \ (~ \ vec n \) и \ (~ \ vec n \) (перпендикулярно поверхности):

\ (~ \ Delta \ Phi = B \ \ cdot \ Delta S \ cdot \ cos \ alpha \).

Состав B ∙ cos α = IN n — проекция вектора магнитной индукции на нормаль к элементу. следовательно

\ (~ \ Delta \ Phi = B_n \ cdot \ Delta S \).

Поток может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от угла α .

Если магнитное поле однородно, то поток через плоскую поверхность площадью S равен:

\ (~ \ Phi = B \ cdot S \ cdot \ cos \\ альфа \\).

Поток магнитной индукции можно четко интерпретировать как величину, пропорциональную количеству линий вектора \\ (~ \\ vec B \\), пронизывающих эту площадь поверхности.

Вообще говоря, поверхность может быть закрытой. В этом случае количество линий индукции, выходящих на поверхность, равно количеству линий, выходящих из нее (рис. 2). Если поверхность замкнута, то внешняя нормаль считается положительной нормалью к поверхности.

Линии магнитной индукции замкнуты, это означает, что поток магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю.(Линии, покидающие поверхность, дают положительный поток, а входящие — отрицательный.) Это фундаментальное свойство магнитного поля связано с отсутствием магнитных зарядов. Если бы не было электрических зарядов, то электрический поток через замкнутую поверхность был бы равен нулю.

Электромагнитная индукция

Открытие электромагнитной индукции

В 1821 году Майкл Фарадей записал в своем дневнике: «Превратите магнетизм в электричество». Спустя 10 лет эта проблема была им решена.

М. Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений, но долгое время связь этих явлений не могла быть обнаружена. Было сложно придумать главное: только изменяющееся во времени магнитное поле может возбудить электрический ток в неподвижной катушке или сама катушка должна двигаться в магнитном поле.

Открытие электромагнитной индукции, как назвал это явление Фарадей, было сделано 29 августа 1831 года. Вот краткое описание первого эксперимента, данное самим Фарадеем.«Медный провод длиной 203 фута был намотан на широкую деревянную катушку (фут 304,8 мм), и провод такой же длины, но изолированный от первой хлопковой нити, был намотан между его витками. Одна из этих спиралей была подключена к гальванометру, а другая — к мощной батарее, состоящей из 100 пар пластин … Когда цепь была замкнута, было замечено внезапное, но очень слабое воздействие на гальванометр, и было замечено то же самое. когда ток прекратился. При непрерывном прохождении тока через одну из спиралей невозможно было заметить ни воздействие на гальванометр, ни какое-либо индукционное воздействие на другую спираль в целом, несмотря на то, что нагрев всей спирали, подключенной к батарее и Яркость искры, проскальзывающей между углями, свидетельствовала о разряде батареи.»

Итак, индукция была первоначально обнаружена в проводниках, неподвижных относительно друг друга при замыкании и размыкании цепи. Затем, четко понимая, что приближение или удаление проводников с током должно приводить к тому же результату, что и замыкание и размыкание цепи, Фарадей доказал Согласно экспериментам, ток возникает, когда катушки движутся относительно друг друга (рис. 3).

Знакомый с работами Ампера, Фарадей понял, что магнит — это совокупность малых токов, циркулирующих в молекулах.17 октября, как было записано в его лабораторном журнале, индукционный ток был обнаружен в катушке во время введения (или выдвижения) магнита (рис. 4).

В течение одного месяца Фарадей экспериментально открыл все существенные особенности явления электромагнитной индукции. Оставалось только придать закону строгую количественную форму и полностью раскрыть физическую природу явления. Уже сам Фарадей поймал того генерала, который определяет появление индукционного тока в экспериментах, которые выглядят иначе.

В замкнутой проводящей цепи ток возникает, когда количество линий магнитной индукции, проходящих через поверхность, ограниченную этой цепью, изменяется. Это явление называется электромагнитной индукцией.

И чем быстрее изменяется количество линий магнитной индукции, тем больше генерируется ток. Причем совершенно безразлична причина изменения количества линий магнитной индукции. Это может быть изменение количества линий магнитной индукции, пронизывающих неподвижный проводник, из-за изменения силы тока в соседней катушке, и изменение количества линий из-за движения цепи в неоднородном магнитном поле, плотность линий которых варьируется в пространстве (рис.5).

Правило Ленца

Индукционный ток, возникающий в проводнике, немедленно начинает взаимодействовать с током или магнитом, который его генерировал. Если магнит (или катушку с током) приблизить к замкнутому проводнику, то возникающий индукционный ток своим магнитным полем обязательно отталкивает магнит (катушку). Чтобы приблизить магнит и катушку, нужно проделать работу. Когда магнит убирается, возникает притяжение. Это правило строго соблюдается.Представьте, что ситуация была бы другой: вы прижали магнит к катушке, а он ворвался бы внутрь нее. В этом случае нарушится закон сохранения энергии. В конце концов, механическая энергия магнита увеличится, и в то же время возникнет ток, который сам по себе требует потребления энергии, потому что ток также может выполнять эту работу. Электрический ток, индуцируемый в якоре генератора, взаимодействуя с магнитным полем статора, замедляет вращение якоря.Только поэтому, чтобы повернуть якорь, нужно проделать работу, чем больше, тем больше сила тока. Благодаря этой работе возникает индукционный ток. Интересно отметить, что если бы магнитное поле нашей планеты было очень большим и очень неоднородным, то быстрые движения проводящих тел по ее поверхности и в атмосфере были бы невозможны из-за интенсивного взаимодействия индуцированного в теле тока с это поле. Тела двигались бы как в плотной вязкой среде и в то же время были бы очень теплыми.Ни самолеты, ни ракеты летать не могли. Человек не может быстро двигать руками или ногами, поскольку человеческое тело — хорошее средство передвижения.

Если катушка, в которой индуцируется ток, неподвижна относительно соседней катушки переменного тока, как, например, с трансформатором, то в этом случае направление индукционного тока определяется законом сохранения энергии. Этот ток всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле имеет тенденцию уменьшать изменения тока в первичной обмотке.

Отталкивание или притяжение магнита катушкой зависит от направления индукционного тока в ней. Следовательно, закон сохранения энергии позволяет сформулировать правило, определяющее направление индукционного тока. В чем разница между двумя экспериментами: приближением магнита к катушке и его удалением? В первом случае магнитный поток (или количество линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки) увеличивается (рис.6, а), а во втором — уменьшается (рис.6, б). Причем в первом случае индукционная линия IN «Магнитное поле, создаваемое индукционным током, возникающим в катушке, покидает верхний конец катушки, поскольку катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот. , он входит в этот конец. Эти линии магнитной индукции на рисунке 6 показаны штрихом.

Рис. 6

Теперь мы подошли к главному: с увеличением магнитного потока через витки катушки индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле предотвращает рост магнитного потока через витки катушки.Ведь вектор индукции \\ (~ \\ vec B \\) этого поля направлен против вектора индукции \\ (~ \\ vec B \\) поля, изменение которого порождает электрический ток. Если магнитный поток через катушку ослабевает, то индукционный ток создает магнитное поле с индукцией \\ (~ \\ vec B «\\), увеличивая магнитный поток через витки катушки.

В этом суть общее правило определения направления индукционного тока, применимое во всех случаях.Это правило установил русский физик Э. X. Ленц (1804-1865).

Согласно правилу Ленца

индукционный ток, возникающий в замкнутой цепи, имеет такое направление, что магнитный поток, создаваемый им через поверхность, ограниченную цепью, стремится предотвратить изменение потока, который генерирует этот ток.

индукционный ток имеет направление, которое предотвращает причину его возникновения.

В случае сверхпроводников компенсация изменений внешнего магнитного потока будет полной.Поток магнитной индукции через поверхность, ограниченную сверхпроводящим контуром, не меняется ни при каких условиях.

Закон электромагнитной индукции

Эксперименты Фарадея показали, что сила индукционного тока I i в проводящей цепи пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции \\ (~ \\ vec B \\), проникающих через поверхность. ограниченный этой схемой. Точнее, это утверждение можно сформулировать, используя понятие магнитного потока.

Магнитный поток четко интерпретируется как количество линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность S . Следовательно, скорость изменения этого числа есть не что иное, как скорость изменения магнитного потока. Если за короткое время Δ t магнитный поток изменится на Δ F , то скорость изменения магнитного потока будет \\ (~ \\ frac (\\ Delta \\ Phi) (\\ Delta t) \ \).

Следовательно, утверждение, которое непосредственно следует из опыта, можно сформулировать следующим образом:

индукционный ток пропорционален скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченному контуром:

\ (~ I_i \ sim \ frac (\ Delta \ Phi) (\ Delta t) \).

Известно, что электрический ток возникает в цепи, когда на свободные заряды действуют внешние силы. Работа этих сил при перемещении одиночного положительного заряда по замкнутому контуру называется электродвижущей силой. Поэтому при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в ней возникают внешние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции. Обозначим его буквой E i.

Закон электромагнитной индукции сформулирован специально для ЭДС, а не для силы тока.В такой формулировке закон выражает суть явления, независимо от свойств проводников, в которых возникает индукционный ток.

Согласно закон электромагнитной индукции (ЭМИ)

Индукция ЭДС в замкнутом контуре равна по величине скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

\ (~ | E_i | = | \ frac (\\ Дельта \ Фи) (\ Дельта t) | \).

На рисунке 7 показан замкнутый контур. Положительным считаем направление обхода цепи против часовой стрелки. Нормально к контуру \ (~ \ vec n \) образует правый винт с направлением обхода. Знак ЭДС, т.е. удельная работа, зависит от направления внешних сил по отношению к направлению обхода цепи.Если эти направления совпадают, то E i> 0 и, соответственно, I i> 0. В противном случае ЭДС и ток отрицательны.

Пусть магнитная индукция \\ (~ \\ vec B \\) внешнего магнитного поля направлена по нормали к цепи и увеличивается со временем. Тогда F > 0 и \ (~ \\ frac (\\ Delta \ Phi) (\ Delta t) \\)> 0. Согласно правилу Ленца, индукционный ток создает магнитный поток F ‘B’ Магнитное поле индукционного тока показано штрихом на рисунке 7.Следовательно, индукционный ток I i направлен по часовой стрелке (против положительного направления байпаса), а индукционная ЭДС отрицательна. Следовательно, закон электромагнитной индукции должен иметь знак минус:

\ (~ E_i = — \ frac (\ Delta \ Phi) (\ Delta t) \).

В Международной системе единиц для определения единицы магнитного потока используется закон электромагнитной индукции. Это устройство называется Вебер (Wb).

Поскольку индукция ЭДС E i выражается в вольтах, а время — в секундах, то из закона электромагнитного излучения Вебера можно определить следующим образом:

магнитный поток через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, составляет 1 Вб. если при равномерном снижении этого потока до нуля за 1 с в контуре возникает ЭДС индукции, равная 1 В:

1 Вб = 1 В ∙ 1 с.

Вихревое поле

Изменяющееся во времени магнитное поле создает электрическое поле . К такому выводу впервые пришел Дж. Максвелл.

Теперь явление электромагнитной индукции предстает перед нами в новом свете. Главное в нем — это процесс генерации электрического поля магнитным полем. Причем наличие токопроводящей цепи, например катушки, сути дела не меняет. Проводник с запасом свободных электронов (или других частиц) только помогает обнаружить возникающее электрическое поле.Поле заставляет электроны в проводнике проявлять себя. Суть явления электромагнитной индукции в неподвижном проводнике состоит не столько в появлении индукционного тока, сколько в появлении электрического поля, которое приводит в движение электрические заряды.

Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, имеет совершенно другую структуру, чем электростатическое. Он не имеет прямого отношения к электрическим зарядам, и его линии напряжения не могут начинаться и заканчиваться на них.Обычно они нигде не начинаются и не заканчиваются, а представляют собой замкнутые линии, похожие на линии индукции магнитного поля. Это так называемое вихревое электрическое поле . Может возникнуть вопрос: почему, собственно, это поле называется электрическим? В конце концов, оно имеет другое происхождение и другую конфигурацию, чем статическое электрическое поле. Ответ прост: вихревое поле действует на заряд q так же, как электростатическое, и это мы учли и до сих пор считаем основным свойством поля.Сила, действующая на заряд, по-прежнему равна \ (~ \ vec F = q \ vec E \), где \ (~ \ vec E \) — напряженность поля вихря. Если магнитный поток создается однородным магнитным полем, сосредоточенным в длинной узкой цилиндрической трубке радиусом r 0 (рис. 8), то из симметрии очевидно, что линии электрического поля лежат в плоскостях, перпендикулярных линиям \ \ (~ \ vec B \) и являются окружностями. В соответствии с правилом Ленца, при увеличении магнитной индукции \ (~ \ left (\ frac (\ Delta B) (\ Delta t)> 0 \ right) \) линии натяжения \ ( ~ \ vec E \) образуют левый винт с индукцией магнитного направления \ (~ \ vec B \).

В отличие от статического или стационарного электрического поля, работа вихревого поля на замкнутом пути не равна нулю. Действительно, когда заряд движется по замкнутой линии напряженности электрического поля, работа на всех участках пути имеет одинаковый знак, так как сила и движение совпадают по направлению. Вихревое электрическое поле, как и магнитное, не является потенциальным.

Работа вихревого электрического поля по перемещению одиночного положительного заряда по замкнутому фиксированному проводнику численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.

Итак, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. Но вам не кажется, что одного утверждения недостаточно? Хотелось бы узнать, каков механизм этого процесса. Можно ли объяснить, как это соединение полей осуществляется в природе? И здесь ваше естественное любопытство не может быть удовлетворено. Здесь просто нет механизма. Закон электромагнитной индукции — это фундаментальный закон природы, а значит, он основной, первичный. Многие явления можно объяснить его действием, но само оно остается необъяснимым просто по той причине, что не существует более глубоких законов, из которых оно следовало бы как следствие.Во всяком случае, такие законы сейчас неизвестны. Это все основные законы: закон всемирного тяготения, закон Кулона и т. Д.

Конечно, мы вправе задавать природе любые вопросы, но не все они имеют смысл. Так, например, можно и нужно исследовать причины различных явлений, но пытаться выяснить, почему вообще существует причинность, бесполезно. Такова природа вещей, таков мир, в котором мы живем.

Литература

Жилко В.В. Физика: Учебник.пособие на 10 класс. общее образование. школа с обучением русскому языку / В.В. Жилко, А. Лавриненко, Л. Маркович. — Мн .: Нар. асвета, 2001. — 319 с.
Мякишев, Г.Я. Физика: электродинамика. 10-11 кл. : учебник. за углубленное изучение физики / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В. Слободсков. — М .: Дрофа, 2005. — 476 с.

4 способа, которыми Майкл Фарадей произвел революцию в мире

Майкл Фарадей, рожденный в одной из самых жестких классовых систем в истории, не был предназначен для того, чтобы стать влиятельным человеком.На рубеже 19-го века он провел свое детство в убогой лондонской квартире, имея мало возможностей и не имея формального образования, кроме начальной школы.

Но отсутствие родословной не помешало Фарадею стать одним из самых влиятельных ученых в мире. В 14 лет он начал учиться в местном магазине, где научился переплетному делу. Днем он собирал книги вместе, а ночью читал их, желая понять загадку электричества. К 21 году Фарадей продолжил свое дело — и, как назло, клиент дал ему билет, чтобы увидеть, как ведущий ученый Хамфри Дэви продемонстрирует чудо электричества.Фарадей не знал, что это станет поворотным моментом в его жизни и жизни общества в целом.

Удивившись лекции Дэви, Фарадей написал книгу, в которой красноречиво изобразил теории ученого. Этот жест произвел впечатление на Дэви, и он нанял молодого Фарадея в ученики. Остальное, как говорится, уже история. Вот лишь несколько причин, по которым Фарадей сделал наш мир таким, каким он является сегодня.

Пройдите тест: какой курс программирования мне подходит?

1. Он открыл электромагнитную индукцию

До того, как Фарадей сделал это на сцене, ученые знали об электричестве, хотя они мало что сделали, чтобы использовать его на практике.Возьмем, к примеру, Джованни Альдини, который отправился в тур по Европе в 1803 году, чтобы убить труп на глазах у публики. В то время электричество было такой загадочной силой, что большинство мирян считали его похожим на магию больше всего на свете.

Фарадей изменил все это, когда в 1831 году открыл электромагнитную индукцию. В ходе своих новаторских экспериментов он обнаружил, что, помещая проводник в изменяющееся магнитное поле, он создает напряжение на проводнике. Проще говоря? Он нашел способ вызвать электрический ток, и это открытие позже было применено ко многим устройствам, которые мы используем сегодня.

Спасибо, мистер Фарадей.

К 40 годам Фарадей изобрел электродвигатель, трансформатор и генератор. Без открытия электромагнитной индукции у нас не было бы беспроводной передачи энергии или звукоснимателей для электрогитары. Совершенно верно: вы можете поблагодарить сладкий, сладкий звук Джими Хендрикса в немалой степени открытиям Фарадея. В общем, Фарадей превратил электричество из исключительно развлечения в практическое и широкое применение.

2. Его изобретения преобразили дом, ферму и фабрику.

Забудьте о модном холодильнике, который производит три разных типа кубиков льда по прихоти.До появления электричества, которое можно использовать, почти все аспекты человеческой жизни функционировали иначе, чем сейчас. Люди во времена Фарадея жили дома с масляными лампами, деревянными ящиками для льда и угольными печами у сухих раковин.

Открытия Фарадея также революционизировали работу мелких фермеров практически во всех возможных смыслах. Электричество устранило ручной труд, такой как откачка воды, так что сельские семьи больше не тратили часы своего дня на то, чтобы таскать воду для скота или в дом.Автоматизированные системы для таких задач, как доение коров, не позволяли фермерам повредить руки, а угроза пожара в коровнике из-за опрокидывания масляных ламп во время раннего утреннего доения уменьшилась.

И хотя промышленная революция уже началась, когда появился Faraway, хлопкоочистительные и электрические ткацкие станки стали старыми новостями, поскольку такие чудеса, как швейные машины и телеграф, изменили способы работы и общения людей. От сотовых телефонов до кондиционеров, современные удобства, которые мы сейчас принимаем как должное, когда-то были всего лишь фантазией, без непрекращающегося удивления и любопытства Фарадея, которые подпитывали их.

3. Он посвятил свою жизнь обучению других

Точно так же, как Фарадей удивлялся лекциям Дэви, у него также было желание выразить это благоговение детям и будущим ученым. Как он однажды сказал: «Лектор должен дать аудитории все основания полагать, что все его силы были приложены для их удовольствия и обучения». Фарадей понимал не только важность обучения, но и энтузиазм и любовь, стоящие за ним. Он происходил от человека, практически не имевшего формального образования, и его приверженность образованию была не чем иным, как экстраординарной.

Фарадей начал ежегодные лекции и демонстрации для детей, которые продолжались с 1865 года до наших дней, а выдающиеся ученые, такие как Джулиан Хаксли, Дэвид Аттенборо, Карл Саган и Сьюзен Гринфилд, продолжали передавать факел. На протяжении всей своей жизни, даже когда Фарадея десятилетиями боролся с деменцией и депрессией, преданность Фарадея постоянно раздвигала границы науки — и с тех пор мир никогда не был прежним.

4. Он проводил кампанию против лженауки, которая в то время свирепствовала в Англии.

Подобно викторианскому предку Билла Ная, ученого, Фарадей обнаружил тревогу, что, несмотря на значительный научный прогресс, общественность все больше увлекалась спиритизмом.Домашние сеансы стали обычным явлением; люди утверждали, что могут разговаривать с умершими родственниками; появились привидения; столы вращались, а предметы летели. Ясновидящие и медиумы представляли на сценах огромной толпе. Некоторые выдающиеся ученые даже приветствовали спиритизм как новую физику. Фарадей видел во всем этом отказ от своих усилий по созданию более научно грамотного общества.

Несмотря на то, что Фарадей, как известно, избегал общественного внимания, он считал своим долгом раскрыть уловки спиритуалистов посредством лекций и демонстраций.Одним из таких приемов было «переворачивание стола». Получив письмо за письмом, в котором объяснялось, что это связано с духами, электричеством, магнетизмом или любым другим числом сил, Фарадей намеревался продемонстрировать, что за этим явлением не стояли никакие сверхъестественные силы. Перед аудиторией, состоящей из «очень благородных» людей, Фарадей построил чувствительный рычаг индикатора на столе, чтобы показать, что поворот стола не был результатом сверхъестественных сил, а просто непреднамеренного механического давления человеческих рук — он повернулся, потому что люди ожидали он повернулся и бессознательно заставил его себя.

Хотите внести свой вклад в развитие технологий? Обучение программированию — один из способов начать! Попробуйте наш бесплатный семинар по программированию или изучите Ruby и изучите JavaScript бесплатно сегодня. Тогда решите для себя: стоит ли того?

Если вы думаете о новой карьере, но не знаете, как профинансировать свой учебный курс, прочтите «Как оплатить учебный курс по программированию» или посетите страницу «Обучение и финансирование».

Кто открыл электромагнитную индукцию? | Учиться.{-23} {/ экв} г. Из вашего результата прокомментируйте тот факт, что в любом ядре, содержащем более одного протона, также должны присутствовать нейтроны.

Стабильность атома зависит от отношения протонов к нейтронам. Почти все ядра имеют приблизительно сферическую форму, что означает, что они имеют одинаковую плотность. По мере того, как ядро становится больше, электростатическое отталкивание между протонами ослабевает.

Ответ и объяснение:

Дано:

{eq} {\ rm {Nuclear}} \; {\ rm {Mass}} \; {\ rm {= 9}} {\ rm {.{\ frac {{\ rm {1}}} {{\ rm {3}}}}} {/ экв}.

Объем ядра прямо пропорционален общему количеству нуклонов. Это говорит о том, что все ядра имеют примерно одинаковую плотность.

Электромагнитная индукция — Energy Education

Рис. 1. Одно из первых устройств Майкла Фарадея для демонстрации индукции. ^[1]

Электромагнитная индукция — это производство электродвижущей силы (ЭДС), создаваемой в результате относительного движения между магнитным полем и проводником.Он был открыт в 1831 году Майклом Фарадеем, ^[2] и закладывает основу для выработки электроэнергии на электростанциях, электродвигателях и схемах переменного тока, которые питают электросети, трансформаторы и многие другие явления.

Уравнение, математически описывающее электромагнитную индукцию, — это Закон Фарадея , который гласит, что любое изменение магнитной среды витого провода вызывает индуцирование напряжения (ЭДС). ^[3] Фарадей нашел много способов для этого, например, изменение напряженности магнитного поля, перемещение магнита через катушку с проволокой и перемещение катушки через магнитное поле, и это лишь некоторые из них.Напряжение (ЭДС), генерируемое в катушке с проволокой, можно описать следующим уравнением: ^[3]

[математика] EMF = -N \ frac {\ Delta (BA)} {\ Delta t} [/ math]

где

[math] N [/ math] — количество витков провода
[math] \ Delta (BA) [/ math] — изменение магнитного потока
[math] \ Delta t [/ math] — это изменение во времени.

Способы, которые Фарадей нашел для изменения этого потока, как указано выше, могут быть представлены в этом уравнении. Причина, по которой это уравнение является отрицательным, заключается в законе Ленца, который требует, чтобы любое изменение магнитного потока воспроизводилось проводом с одинаковой силой, но в противоположном направлении.

Закон Фарадея важен для многих электромагнитных приложений в мире, включая автомобили. Система зажигания в двигателе внутреннего сгорания автомобиля потребляет от аккумулятора всего 12 вольт и увеличивает его до 40000 вольт! Посетите Hyperphysics, чтобы узнать, как это сделать.

Моделирование индукции PhET

PhET любезно позволил нам использовать их модели, а приведенное ниже демонстрирует закон электромагнитной индукции Фарадея. Видно, что напряжение изменяется по мере изменения магнитного потока через него.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

1.Кто открыл явление электромагнитной индукции? Ответ: Г. Б. С. Якоби Б. М. Фарадей Э. Х.

Кто открыл явление электромагнитной индукции?

Закон электромагнитной индукции. Кто открыл явление электромагнитной индукции

Открытие электромагнитной индукции

Формулировка закона

Магнитный поток

Электромагнитная индукция

Открытие электромагнитной индукции

Правило Ленца

Закон электромагнитной индукции

Вихревое поле

Литература

Рекомендуем также

4.

Как фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция

Шелк

Компас и звезда

От компаса к магниту

Магнитное или электрическое?

Продолжение опытов

Формула

Последствия открытия

Кто открыл явление электромагнитной индукции? Фарадей. открытие электромагнитной индукции

Вихревые токи, или токи Фуко

Электромагнитное поле

Электромагнитная индукция в схемах и таблицах

Тест по физике на тему «Электромагнитная индукция»

В этом месяце в истории физики

4 сентября 1821 г. и 29 августа 1831 г.: Фарадей и электромагнетизм

Дополнительная литература:

Электромагнитная индукция — MagLab

, открывший электромагнитную индукцию

Закон электромагнитной индукции.Кто открыл явление электромагнитной индукции

Обнаружение электромагнитной индукции

Формулировка закона

Магнитный поток

Электромагнитная индукция

Открытие электромагнитной индукции

Правило Ленца

Закон электромагнитной индукции

Вихревое поле

Литература

4 способа, которыми Майкл Фарадей произвел революцию в мире

1. Он открыл электромагнитную индукцию

2. Его изобретения преобразили дом, ферму и фабрику.

3. Он посвятил свою жизнь обучению других

4. Он проводил кампанию против лженауки, которая в то время свирепствовала в Англии.

Ответ и объяснение:

Электромагнитная индукция — Energy Education

Моделирование индукции PhET

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Добавить комментарий Отменить ответ