Eksperymenty Faradaya. Indukcja elektromagnetyczna. Michael Faraday

Eksperymenty Faradaya wniosły nieoceniony wkład w tworzenie współczesnej nauki. Prosty biedny chłopiec dokonał prawdziwego przełomu w fizyce. Wśród jego eksperymentalnych odkryć jest prawo. indukcja elektromagnetyczna zjawisko elektrolizy, cylinder faradaya. Naukowiec nie tylko starał się wprowadzić nowe doświadczenia - zbudował całkowicie zrozumiałą teorię zjawisk elektromagnetycznych, opartą na danych eksperymentalnych.

Zacznij

Michael Faraday był synem kowala. Elementarna wiedza, którą otrzymał w szkole dla ubogich, gdzie nauczył się czytać, pisać i liczyć. W wieku dziewięciu lat Faraday rozprowadza gazety, a później jego ojciec identyfikuje go jako introligatora. Dociekliwy chłopak przeczytał wszystkie książki, które mu dane były do ​​przeplatania się. Ale przede wszystkim lubił traktaty naukowe. Więc przyszły naukowiec rozszerzył swoje horyzonty i zapoznał się z najnowszymi osiągnięciami współczesnej nauki. Cudowna sprawa przyprowadziła go do Sir Davy'ego, który zabrał go do sekretarek.

Nowy zawód dał mu możliwość podróżowania po świecie i utrzymania znajomości wielkich ówczesnych naukowców - Volta, Gay-Lussac, Ampere. Pod wpływem wielkich ludzi Faraday rozpoczął swoją działalność naukową.

Pierwsze odkrycia

W październiku 1832 r. W dziennikach Faradaya pojawił się pierwszy wpis: "Wraz z upływem prądu zmienia się obszar kolorowych obszarów na papierze". Ta obserwacja służył jako pierwszy impuls do interakcji reakcji chemicznych i zjawisk elektrycznych. Odchylenie igły magnetycznej pod działaniem prądu elektrycznego było podstawą jego własnego odkrycia. Michael Faraday zaczął badać naturę zjawisk elektrycznych.

Faraday Discovery

Eksperymenty nad badaniem efektów indukcyjnych rozpoczęły się około 200 lat temu od Josepha Henry'ego i Michaela Faradaya. Naukowcy badali prąd elektryczny za pomocą dwóch drutów spiralnych, które zostały nawinięte na szpulę z drewna. Jedna z tych spiral została przymocowana do galwanometru, który rejestrował słabe prądy. Druga cewka została połączona z galwaniczną baterią. W momencie zamykania i otwierania obwodu strzałka wskaźnika galwanometru musiała się odchylić.

Eksperymenty Faradaya udowodniły więc istnienie związku między polami magnetycznymi i elektrycznymi. Powstały związek nazywa się "prawem indukcji elektromagnetycznej". Krótko mówiąc, znaczenie tego zjawiska można opisać jako pojawienie się prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym, przy czym strumień magnetyczny zmienia się wraz z upływem czasu, który ten obwód wnika. Dalsze eksperymenty Faradaya poświęcono badaniu tego zjawiska.

Badania EMR

Jeden z eksperymentów wykazał, że oddziaływanie magnesu i cewki z prądem wywołuje pojawienie się prądu indukcyjnego. Faraday wyjaśnił to zjawisko w następujący sposób: kiedy magnes jest włożony do cewki, w obwodzie powstaje prąd elektryczny, a prąd, ale w innym kierunku, powstaje również podczas usuwania. Pojawiające się napięcie zależy od prędkości magnesu i od tego, który biegun wchodzi w cewkę.

Drugi eksperyment dotyczył występowania prądu w jednej cewce, gdy napięcie zmieni się na inne. Jak udowodnił Faraday, zjawisko to występuje w momencie dostarczenia (zatrzymania) prądu w pierwszym elemencie.

Po przeprowadzeniu wielu eksperymentów Faraday udowodnił, że w obwodach zamkniętych napięcie powstaje tylko w przypadku, gdy obwód ten wpada w zmienne pole magnetyczne. Powstały prąd nazywany jest samoprowadzeniem lub indukcyjnym.

Siła elektromotoryczna

Współczesna nauka twierdzi, że w obwód elektryczny nie ma pewnego prądu, ale siła elektromotoryczna (EMF), prowokując jej pojawienie się. Eksperymenty wykazały, że pole elektromagnetyczne pojawia się w obwodzie, gdy zmienia się strumień magnetyczny. Jego wzór można zapisać w następujący sposób:

Znaczenie tego wyrażenia jest takie, że emf jest równy szybkości zmiany strumienia magnetycznego wyświetlanej ze znakiem minus. Formuła Faradaya nosi jego imię i odzwierciedla takie prawo: siła indukcji jest równa szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez obwód. Znak minus w tym wyrażeniu zawdzięcza swoje pojawienie się regule Lenza.

Pierwszy generator

W 1831 roku naukowiec, aby zademonstrować proces transformacji energia mechaniczna w elektrycznym, zbudował faraday generator. To urządzenie nie miało praktycznej wartości, ale wyraźnie pokazało magię występowania prądu elektrycznego.

Dysk Faradaya był urządzeniem przypominającym prymitywny generator. W tym projekcie pole magnetyczne było kierowane wzdłuż osi obrotu, a kontur pozostawał nieruchomy. Zaskoczenie obserwatorów wynikało z faktu, że obrót magnesu wraz z dyskiem doprowadził do pojawienia się siły elektromotorycznej w ustalonym obwodzie. Zjawisko to zostało nazwane Paradoksem Faradaya. Ta sprzeczność została rozwiązana po śmierci naukowca, kiedy odkryto elektron, który zachowuje się zarówno jako ładunek, jak i cząstka.

Badania elektrolizy

Eksperymenty Faradaya nie ograniczały się do badania pól magnetycznych. Większość współczesnych koncepcji elektrolizy i jonów zawdzięcza swój wygląd temu angielskiemu naukowcowi. Obszerna seria eksperymentów dotyczących badania zachowania się roztworów chemicznych w polu elektrycznym Faradaya została zredukowana do dwóch prostych praw, których wciąż używamy dzisiaj:

• Masa substancji utworzonej podczas elektrolizy na elektrodach jest wprost proporcjonalna do iloczynu czasu i prądu (tj. Ilości energii elektrycznej);
• przy tej samej ilości energii elektrycznej masa substancji utworzonej na elektrodach jest proporcjonalna do chemicznego równoważnika substancji.

Podczas eksperymentów Faraday udowodnił, że do uzyskania 1 008 kg wodoru konieczne jest wydać 9,65 miliona wisiorek energii elektrycznej. Taka sama ilość energii elektrycznej jest potrzebna do wyprodukowania 35,4 kg chloru, 63,6 / 2 kg miedzi, 16/2 kg tlenu. Tak więc miara energii elektrycznej potrzebna do wyprodukowania jednego chemicznego odpowiednika substancji została nazwana numerem Faradaya.

Ogromny wkład tego niezwykłego i utalentowanego naukowca w fizykę stawia go na równi z Newtonem, Joelem, Einsteinem i innymi wspaniałymi ludźmi.