Досліди Фарадея. Електромагнітна індукція. Майкл Фарадей

Досліди Фарадея. Електромагнітна індукція. Майкл Фарадей

Досліди Фарадея зробили неоціненний внесок у формування сучасної науки. Простий хлопчик з бідної родини здійснив справжній прорив у фізиці. Серед його експериментальних відкриттів - закон електромагнітної індукції, явище електролізу, фарадеїв циліндр. Вчений не тільки прагнув ставити нові досліди - він вибудував цілком зрозумілу теорію електромагнітних явищ, засновану на експериментальних даних.

Початок

Майкл Фарадей був сином коваля. Елементарні знання він отримав у школі для бідних, де навчився читати, писати і рахувати. У дев 'ятирічному віці Фарадей розносить газети, а пізніше батько визначає його в учні переплітника. Допитливий хлопчик читав усі книги, які йому віддавали на переплетення. Але найбільше йому подобалися наукові трактати. Так майбутній вчений розширював свій кругозір і знайомився з останніми досягненнями сучасної науки. Чудовий випадок звів його з сером Деві, який взяв його в секретарі.


Нова професія дала йому можливість подорожувати по світлу і підтримувати знайомство з великими вченими того часу - Вольта, Гей-Люссаком, Ампером. Саме під впливом великих людей Фарадей починав свою наукову діяльність.

Перші відкриття

У жовтні 1832 року в щоденниках Фарадея з 'явився перший запис: "" При проходженні струму площа пофарбованих ділянок на папері змінюється "". Це спостереження послужило першим поштовхом до взаємодії хімічних реакцій і електричних явищ. Відхилення магнітної стрілки під дією електричного струму послужило молодому вченому основою для власного відкриття. Майкл Фарадей приступив до вивчення природи електричних явищ.

Відкриття Фарадея

Досліди з вивчення індукційних ефектів почалися близько 200 років тому Джозефом Генрі і Майклом Фарадеєм. Вчені досліджували електричний струм за допомогою двох дротяних спіралей, які були намотані на котушку з дерева. Одна з таких спіралів приєднувалася до гальванометра, який реєстрував слабкі струми. Друга спіраль повідомлялася з гальванічною батареєю. У момент замикання і розмикання ланцюга індикаторна стрілка гальванометра обов 'язково відхилялася.

Так досліди Фарадея довели існування залежності між магнітними та електричними полями. Отриманий взаємозв 'язок має назву "закон електромагнітної індукції". Короткий сенс цього явища можна описати як виникнення електричного струму в замкнутому контурі при мінливому з часом магнітному потоці, який цей контур пронизує. Подальші досліди Фарадея присвячувалися вивченню цього явища.

Дослідження ЕМІ

Один з дослідів показав, що взаємодія магніту і котушки з струмом провокує появу індукційного струму. Фарадей пояснив це явище так: при внесенні магніту в котушку в ланцюгу виникає електричний струм, при винесенні також виникає струм, але іншого напрямку. Напруга залежить від швидкості руху магніту і від того, яким полюсом він занурюється в котушку.

Другий досвід стосувався виникнення струму в одній котушці при зміні напруги в іншій. Як довів Фарадей, таке явище виникає в момент подачі (припинення) струму в першому елементі.


Провівши численні досліди, Фарадей довів, що в замкнутих ланцюгах напруга виникає лише в тому випадку, коли даний ланцюг потрапляє в змінне магнітне поле. Той, що виникає при цьому, називається самонавідним або індукційним.

Електродвигуча сила

Сучасна наука стверджує, що в електричному ланцюгу виникає не певний струм, а електродвигуча сила (ЕДС), що провокує його появу. Експерименти показали, що в контурі при зміні магнітного потоку виникає ЕДС. Її формулу можна записати наступним чином:

Сенс цього виразу полягає в тому, що ЕДС дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, відображеної зі знаком "мінус". Формула Фарадея носить його ім 'я і відображає такий закон: ЕДС індукції дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через контур. Знак мінус у цьому вираженні зобов 'язаний своєю появою правилу Ленца.

Перший генератор

У 1831 році вчений, щоб наочно продемонструвати процес перетворення механічної енергії в електричну, побудував генератор Фарадея. Цей прилад не мав практичного значення, але наочно показував чарівність виникнення електричного струму.

Диск Фарадея - це пристрій, що нагадує примітивний генератор. У цій конструкції магнітне поле прямувало вздовж осі обертання, а контур залишався нерухомим. Здивування спостерігачів викликало ту обставину, що обертання магніту разом з диском призводило до появи електродвижущей сили в нерухомому ланцюгу. Це явище було названо парадоксом Фарадея. Дана суперечність вирішилася вже після смерті вченого, коли був відкритий електрон, який веде себе і як заряд, і як частинка.

Дослідження електоролізу

Досліди Фарадея не обмежувалися вивченням магнітних полів. Велика частина сучасних уявлень про електролізи та іони зобов 'язана своєю появою цьому англійському вченому. Велику серію дослідів з вивчення поведінки хімічних розчинів в електричному полі Фарадей звів до двох простих законів, якими ми користуємося і в даний час:

  • Маса речовини, утворена при електролізі на електродах, прямо пропорційна виробленню часу на струм (тобто кількості електрики);
  • при одній і тій же кількості електрики маса речовини, утвореної на електродах, пропорційна хімічному еквіваленту даної речовини.

В ході дослідів Фарадей довів, що для отримання 1,008 кг водню необхідно витратити 96500000 кулон електрики. Стільки ж електрики потрібно для отримання 35,4 кг хлору, 63,6/2 кг міді, 16/2 кг кисню. Таким чином, міра електрики, необхідна для отримання одного хімічного еквівалента речовини, була названа числом Фарадея.


Величезний внесок, який зробив цей незвичайний і талановитий вчений у фізику, ставить його на один рівень з Ньютоном, Джоулем, Ейнштейном та іншими великими людьми.