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: гальва­нические элементы, аккумуляторы, термо- и фотоэлементы — дают ничтожную долю вырабатываемой электрической энер­гии.)

Долгое время взаимосвязь электрических и магнитных яв­лений обнаружить не удавалось. Труднобыло 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.

Рис 5.2

Рис 5.1

«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 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, несмотря на то, что нагревание всей спирали, соединенной с бата­реей, и яркость искры, проскакивающей между углями, свидетельствовали о мощности батареи».

Рис 5.2

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 существенные особенности явления электромагнитной индукции. Оста­валось только придать закону строгую количественную форму и полностью вскрыть физическую природу явления.

Ужо 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.

Рис 5.3

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. 5.3).

Рис 5.4

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 отклонение 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.

Вопросы к тексту:

1. Кто открыл электромагнитную индукцию?

2. Где используется явление электромагнитной индукции?

3. Каким образом можно возбудить электрический ток в катушке?

4. Какая индукция была открыта первоначально и каким образом?

5. Из-за чего в замкнутом контуре возникает электрический ток?

6. От чего зависит ток, возникающий в замкнутом контуре?

7. Почему электромагнитная индукция возбуждается в катушке, движущейся в магнитном поле?

8. Каким образом можно с помощью изменяющегося магнитного поля создать электрический ток?

9. От чего зависит магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур?

Дата добавления: 2013-12-12