|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
NAJWAŻNIEJSZE ODKRYCIA NAUKOWE
Indukcja elektromagnetyczna. Historia i istota odkryć naukowych
Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe Po odkryciach Ersted и Amper stało się jasne, że elektryczność ma siłę magnetyczną. Teraz trzeba było potwierdzić wpływ zjawisk magnetycznych na elektryczne. Ten problem znakomicie rozwiązał Faraday. Michael Faraday (1791–1867) urodził się w Londynie, w jednej z jego najbiedniejszych części. Jego ojciec był kowalem, a jego matka była córką dzierżawcy. Kiedy Faraday osiągnął wiek szkolny, został wysłany do szkoły podstawowej. Kurs, w którym uczestniczył Faraday, był bardzo wąski i ograniczał się jedynie do nauki czytania, pisania i rozpoczęcia liczenia. Kilka kroków od domu, w którym mieszkała rodzina Faradayów, znajdowała się księgarnia, będąca jednocześnie zakładem introligatorskim. Tu dotarł Faraday, po ukończeniu szkoły podstawowej, gdy pojawiło się pytanie o wybór zawodu dla niego. Michael w tym czasie miał zaledwie 13 lat. Już w młodości, gdy Faraday dopiero rozpoczynał samokształcenie, starał się opierać wyłącznie na faktach i weryfikować relacje innych z własnymi doświadczeniami. Aspiracje te zdominowały go przez całe życie jako główne cechy jego działalności naukowej. Faraday zaczął przeprowadzać eksperymenty fizyczne i chemiczne jako chłopiec przy pierwszej znajomości fizyki i chemii. Kiedyś Michael uczestniczył w jednym z wykładów Humphreya Davy'ego, wielkiego angielskiego fizyka. Faraday zrobił szczegółową notatkę z wykładu, oprawił go i wysłał Davy'emu. Był pod takim wrażeniem, że zaproponował Faradayowi pracę z nim jako sekretarz. Wkrótce Davy udał się w podróż do Europy i zabrał ze sobą Faradaya. Przez dwa lata odwiedzali największe europejskie uczelnie. Po powrocie do Londynu w 1815 Faraday rozpoczął pracę jako asystent w jednym z laboratoriów Royal Institution w Londynie. W tym czasie było to jedno z najlepszych laboratoriów fizycznych na świecie.W latach 1816-1818 Faraday opublikował szereg drobnych notatek i pamiętników z dziedziny chemii. Pierwsza praca Faradaya na temat fizyki pochodzi z 1818 roku. Opierając się na doświadczeniach swoich poprzedników i łącząc kilka własnych doświadczeń, do września 1821 r. Michael wydrukował „Sukcesy związane z elektromagnetyzmem”. Już wtedy wymyślił całkowicie poprawną koncepcję istoty zjawiska odchylania igły magnetycznej pod wpływem prądu. Po osiągnięciu tego sukcesu Faraday porzucił studia w dziedzinie elektryczności na dziesięć lat, poświęcając się studiowaniu wielu przedmiotów innego rodzaju. W 1823 roku Faraday dokonał jednego z najważniejszych odkryć w dziedzinie fizyki – jako pierwszy dokonał skroplenia gazu, a jednocześnie ustalił prostą, ale skuteczną metodę zamiany gazów w ciecz. W 1824 Faraday dokonał kilku odkryć w dziedzinie fizyki. Między innymi ustalił, że światło wpływa na kolor szkła, zmieniając go. W następnym roku Faraday ponownie przechodzi od fizyki do chemii, a efektem jego pracy w tej dziedzinie jest odkrycie benzyny i siarkowego kwasu naftalenowego. W 1831 roku Faraday opublikował traktat O szczególnym rodzaju złudzenia optycznego, który posłużył za podstawę pięknego i ciekawego pocisku optycznego zwanego „chromotropem”. W tym samym roku ukazał się kolejny traktat naukowca „O wibrujących płytach”. Wiele z tych prac mogłoby same uwiecznić nazwisko autora. Jednak najważniejszymi pracami naukowymi Faradaya są jego badania w dziedzinie elektromagnetyzmu i indukcji elektrycznej. Ściśle mówiąc, ważna gałąź fizyki, która zajmuje się zjawiskami elektromagnetyzmu i elektryczności indukcyjnej, a która ma obecnie tak wielkie znaczenie dla techniki, została stworzona przez Faradaya z niczego. Zanim Faraday w końcu poświęcił się badaniom w dziedzinie elektryczności, ustalono, że w normalnych warunkach obecność naelektryzowanego ciała wystarcza, aby jego wpływ wzbudził elektryczność w każdym innym ciele. Jednocześnie wiedziano, że przewód, przez który przepływa prąd i będący jednocześnie ciałem naelektryzowanym, nie ma żadnego wpływu na inne znajdujące się w pobliżu przewody. Co spowodowało ten wyjątek? To pytanie zainteresowało Faradaya i którego rozwiązanie doprowadziło go do najważniejszych odkryć w dziedzinie elektryczności indukcyjnej. Faraday, zgodnie ze swoim zwyczajem, rozpoczął serię eksperymentów mających na celu wyjaśnienie istoty sprawy. Faraday nawinął dwa izolowane druty równolegle do siebie na tym samym drewnianym wałku do ciasta. Połączył końce jednego drutu z baterią dziesięciu ogniw, a końce drugiego z czułym galwanometrem. Kiedy prąd przepływał przez pierwszy przewód, Faraday całą swoją uwagę skierował na galwanometr, spodziewając się, że na podstawie jego wibracji zauważy pojawienie się prądu w drugim przewodzie. Nic takiego się jednak nie wydarzyło: galwanometr pozostał spokojny. Faraday postanowił zwiększyć natężenie prądu i wprowadził do obwodu 120 elementów galwanicznych. Wynik był taki sam. Faraday powtarzał ten eksperyment dziesiątki razy i wciąż z tym samym sukcesem. Każdy inny na jego miejscu wyszedłby z eksperymentów z przekonaniem, że prąd przepływający przez przewód nie ma wpływu na sąsiedni przewód. Ale Faraday zawsze starał się wydobyć ze swoich eksperymentów i obserwacji wszystko, co mogli dać, dlatego nie otrzymując bezpośredniego wpływu na drut podłączony do galwanometru, zaczął szukać skutków ubocznych. Od razu zauważył, że galwanometr, pozostając całkowicie spokojny przez cały przepływ prądu, zaczął oscylować przy zamykaniu i otwieraniu samego obwodu. Okazało się, że w momencie podania prądu do pierwszego przewodu, a także po zakończeniu tego przesyłu, w drugim przewodzie wzbudzany jest także prąd, który w pierwszym przypadku ma kierunek przeciwny do pierwszego przewodu i jest taki sam z nim w drugim przypadku i trwa tylko jedną chwilę. Te wtórne prądy chwilowe, powstałe pod wpływem pierwotnych, zostały nazwane przez Faradaya indukcyjnymi i ta nazwa pozostała im do dziś. Będąc natychmiastowymi, natychmiast znikającymi po swoim pojawieniu się, prądy indukcyjne nie miałyby praktycznego znaczenia, gdyby Faraday nie znalazł sposobu, za pomocą pomysłowego urządzenia (komutatora), na ciągłe przerywanie i ponowne przewodzenie prądu pierwotnego pochodzącego z akumulatora wzdłuż pierwszego drutu, dzięki czemu drugi drut jest w sposób ciągły wzbudzany przez coraz to nowe prądy indukcyjne, stając się tym samym stały. Tym samym odkryto nowe źródło energii elektrycznej, oprócz znanych wcześniej (procesy tarcia i chemiczne), - indukcję oraz nowy rodzaj tej energii - elektryczność indukcyjną. Kontynuując swoje eksperymenty, Faraday odkrył dalej, że proste przybliżenie drutu skręconego w zamkniętą krzywą do drugiego, wzdłuż którego płynie prąd galwaniczny, wystarcza do wzbudzenia prądu indukcyjnego w kierunku przeciwnym do prądu galwanicznego w przewodzie neutralnym, że usunięcie przewodu neutralnego ponownie wzbudza w nim prąd indukcyjny. Prąd jest już w tym samym kierunku, co prąd galwaniczny płynący po nieruchomym przewodzie, i ostatecznie te prądy indukcyjne są wzbudzane tylko podczas zbliżania się i usuwania przewód do przewodnika prądu galwanicznego, a bez tego ruchu prądy nie są wzbudzane, bez względu na to, jak blisko siebie znajdują się przewody. W ten sposób odkryto nowe zjawisko, podobne do opisanego powyżej zjawiska indukcji podczas zamykania i zakańczania prądu galwanicznego. Te odkrycia z kolei dały początek nowym. Jeśli możliwe jest wywołanie prądu indukcyjnego poprzez zwarcie i zatrzymanie prądu galwanicznego, to czy tego samego rezultatu nie można byłoby uzyskać magnesując i rozmagnesowując żelazo? Prace Oersteda i Ampere ustaliły już związek między magnetyzmem a elektrycznością. Wiadomo było, że żelazo staje się magnesem, gdy owinie się wokół niego izolowany drut i przepływa przez niego prąd galwaniczny, a właściwości magnetyczne tego żelaza ustają, gdy tylko prąd ustanie. Na tej podstawie Faraday przeprowadził tego rodzaju eksperyment: wokół żelaznego pierścienia owinięto dwa izolowane przewody; z jednym drutem owiniętym wokół jednej połowy pierścienia, a drugim wokół drugiej. Prąd z baterii galwanicznej płynął jednym przewodem, a końce drugiego podłączano do galwanometru. I tak, gdy prąd się zamykał lub zatrzymywał i gdy w konsekwencji żelazny pierścień był namagnesowany lub rozmagnesowany, igła galwanometru szybko oscylowała, a następnie szybko zatrzymywała się, czyli w przewodzie neutralnym wzbudzane były te same chwilowe prądy indukcyjne - tym razem: już pod wpływem magnetyzmu. Zatem tutaj po raz pierwszy magnetyzm został przekształcony w elektryczność. Po otrzymaniu tych wyników Faraday postanowił zdywersyfikować swoje eksperymenty. Zamiast żelaznego pierścienia zaczął używać żelaznego paska. Zamiast wzbudzać magnetyzm żelaza prądem galwanicznym, namagnesował żelazo, dotykając go stałym magnesem ze stali. Rezultat był taki sam: w drucie owiniętym wokół żelaza prąd był zawsze wzbudzany w momencie namagnesowania i rozmagnesowania żelaza. Następnie Faraday wprowadził do spirali drutu stalowy magnes - zbliżanie się i odsuwanie tego ostatniego powodowało indukowanie prądów w drucie. Jednym słowem magnetyzm, w sensie wzbudzających prądów indukcyjnych, działał dokładnie w taki sam sposób, jak prąd galwaniczny. W tym czasie fizycy byli intensywnie zajęci jednym tajemniczym zjawiskiem, odkrytym w 1824 roku przez Arago i mimo to nie znaleźli wyjaśnienia; że to wyjaśnienie było intensywnie poszukiwane przez tak wybitnych naukowców tamtych czasów, jak sam Arago, Ampère, Poisson, Babaj i Herschel. Sprawa wyglądała następująco. Igła magnetyczna, swobodnie wisząca, szybko zatrzymuje się, jeśli pod nią włoży się okrąg z niemagnetycznego metalu; jeśli okrąg zostanie następnie wprawiony w ruch obrotowy, igła magnetyczna zacznie podążać za nim. W stanie spokoju nie można było wykryć najmniejszego przyciągania lub odpychania między kołem a strzałą, podczas gdy to samo koło, które było w ruchu, ciągnęło za sobą nie tylko lekką strzałę, ale także ciężki magnes. To prawdziwie cudowne zjawisko wydawało się ówczesnym naukowcom tajemniczą zagadką, czymś poza naturalnym. Faraday na podstawie powyższych danych przyjął założenie, że okrąg z metalu niemagnetycznego, pod wpływem magnesu, krąży w trakcie obrotu przez prądy indukcyjne, które oddziałują na igłę magnetyczną i ciągną ją za magnesem. Rzeczywiście, wprowadzając krawędź koła między bieguny dużego magnesu w kształcie podkowy i łącząc środek i krawędź koła z galwanometrem za pomocą drutu, Faraday otrzymał stały prąd elektryczny podczas obrotu koła. Następnie Faraday zdecydował się na inne zjawisko, które wzbudziło wówczas ogólną ciekawość. Jak wiecie, jeśli opiłki żelaza zostaną posypane magnesem, są one pogrupowane wzdłuż pewnych linii, zwanych krzywymi magnetycznymi. Faraday, zwracając uwagę na to zjawisko, w 1831 roku nadał krzywym magnetycznym nazwę „linie siły magnetycznej”, które następnie weszły do powszechnego użytku. Badanie tych „linii” doprowadziło Faradaya do nowego odkrycia, okazało się, że do wzbudzania prądów indukcyjnych zbliżanie i usuwanie źródła z bieguna magnetycznego nie jest konieczne. Aby wzbudzić prądy, wystarczy w znany sposób przekroczyć linie siły magnetycznej. Dalsze prace Faradaya we wspomnianym kierunku nabrały, z dzisiejszego punktu widzenia, charakteru czegoś całkowicie cudownego. Na początku 1832 roku zademonstrował aparat, w którym wzbudzano prądy indukcyjne bez pomocy magnesu lub prądu galwanicznego. Urządzenie składało się z żelaznego paska umieszczonego w cewce drutu. To urządzenie, w normalnych warunkach, nie dało najmniejszego znaku pojawienia się w nim prądów; ale gdy tylko nadano mu kierunek odpowiadający kierunkowi igły magnetycznej, w drucie wzbudził się prąd. Następnie Faraday podał położenie igły magnetycznej jednej cewce, a następnie włożył w nią żelazny pasek: prąd ponownie został wzbudzony. Powodem, który powodował prąd w tych przypadkach był ziemski magnetyzm, który powodował prądy indukcyjne jak zwykły magnes lub prąd galwaniczny. Aby to wyraźniej pokazać i udowodnić, Faraday podjął się kolejnego eksperymentu, który w pełni potwierdził jego idee. Wnioskował, że jeśli okrąg z metalu niemagnetycznego, na przykład miedzi, obracający się w pozycji, w której przecina się z liniami siły magnetycznej sąsiedniego magnesu, daje prąd indukcyjny, to ten sam okrąg obracający się przy braku magnes, ale w pozycji, w której koło przetnie linie ziemskiego magnetyzmu, musi również dawać prąd indukcyjny. I rzeczywiście, miedziany okrąg, obrócony w płaszczyźnie poziomej, dawał prąd indukcyjny, który powodował zauważalne odchylenie igły galwanometru. Szereg badań w dziedzinie indukcji elektrycznej Faraday zakończył się odkryciem w 1835 r. „indukcyjnego wpływu prądu na siebie”. Odkrył, że gdy prąd galwaniczny jest zamknięty lub otwarty, natychmiastowe prądy indukcyjne są wzbudzane w samym przewodzie, który służy jako przewodnik dla tego prądu. rosyjski fizyk Emil Christoforowicz Lenz (1804-1861) podali zasadę określania kierunku indukowanego prądu. „Prąd indukcyjny jest zawsze kierowany w taki sposób, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne utrudnia lub spowalnia ruch wywołujący indukcję” – zauważa A.A. Korobko-Stefanov w swoim artykule o indukcji elektromagnetycznej. , powstały prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytworzone przez niego pole magnetyczne będzie przeciwne do pola magnetycznego magnesu. W rezultacie między cewką a magnesem powstają siły odpychające. Reguła Lenza wynika z prawa zachowania i transformacji energii. Gdyby prądy indukcyjne przyspieszyły ruch, który je wywołał, praca powstałaby z niczego. Sama cewka po niewielkim popchnięciu pędzi w kierunku magnesu, a jednocześnie prąd indukcyjny uwalnia w nim ciepło. W rzeczywistości prąd indukcyjny powstaje w wyniku pracy polegającej na zbliżeniu magnesu i cewki. Dlaczego występuje prąd indukowany? Głębokie wyjaśnienie zjawiska indukcji elektromagnetycznej podał angielski fizyk James Clerk Maxwell - twórca kompletnej matematycznej teorii pola elektromagnetycznego. Aby lepiej zrozumieć istotę sprawy, rozważmy bardzo prosty eksperyment. Niech cewka składa się z jednego zwoju drutu i jest penetrowana przez zmienne pole magnetyczne prostopadłe do płaszczyzny zwoju. W cewce w naturalny sposób powstaje prąd indukowany. Maxwell zinterpretował ten eksperyment wyjątkowo odważnie i nieoczekiwanie. Według Maxwella, gdy pole magnetyczne zmienia się w przestrzeni, zachodzi proces, dla którego obecność cewki z drutu nie ma znaczenia. Najważniejsze jest tutaj pojawienie się zamkniętych pierścieniowych linii pola elektrycznego, pokrywających zmienne pole magnetyczne. Pod wpływem powstałego pola elektrycznego elektrony zaczynają się poruszać, a w cewce powstaje prąd elektryczny. Cewka to po prostu urządzenie wykrywające pole elektryczne. Istota zjawiska indukcji elektromagnetycznej polega na tym, że zmienne pole magnetyczne zawsze generuje w otaczającej przestrzeni pole elektryczne o zamkniętych liniach siły. Takie pole nazywa się polem wirowym.” Badania w dziedzinie indukcji wytwarzanej przez ziemski magnetyzm dały Faradayowi możliwość wyrażenia idei telegrafu już w 1832 roku, który następnie stał się podstawą tego wynalazku. Generalnie odkrycie indukcji elektromagnetycznej nie bez powodu uważane jest za jedno z najwybitniejszych odkryć XIX wieku – na tym zjawisku opiera się praca milionów silników elektrycznych i generatorów prądu elektrycznego na całym świecie… Autor: Samin D.K.
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Torebki herbaty są niebezpieczne dla ludzi ▪ Księżyc zamieszkają gąsienice z Chin ▪ Rakieta do lotów na Marsa i lotów na Ziemię ▪ Klawiatura mechaniczna K70 RGB Pro
▪ sekcja witryny Laboratorium naukowe dla dzieci. Wybór artykułu ▪ artykuł Cienkie piosenki do słowika w szponach kota. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Co robi krew w organizmie? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Starszy inżynier-projektant. Opis pracy ▪ artykuł Sonda bez baterii. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Prosty regenerator pasma HF. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony