В чем важность открытия явления электромагнитной индукции

Кто открыл явление

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа в 1831 году. Ученый обнаружил электродвижущую силу, которая возникает в замкнутом проводниковом контуре. Данная сила отличается пропорциональностью к скорости изменения магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром.

Еще в 1820 году Ганс Христиан Эрстед продемонстрировал опыт, в котором магнитная стрелка отклонялась от цепи с электрическим током. Отсюда последовал вывод, что в случае порождения магнетизма электрическим током само появление электричества должно быть связано с магнетизмом. Данная теория была поддержана Майклом Фарадеем, который на протяжении многих лет ставил разнообразные опыты и пришел к открытию электромагнитной индукции.

Как было сделано открытие ЭМ индукции

В опыте Фарадея использовалась одна непроводящая основа, на которую были намотаны две катушки. Витки первой катушки были зафиксированы между витками второй. Первая катушка замыкалась на гальванометре, а вторая — подключалась к источнику тока.

Основные этапы опыта:

При подключении первой катушки к источнику электричества вторая катушка, соединенная с гальванометром, перемещалась относительно нее. Во время приближения или удаления катушки можно было фиксировать ток.

Опытным путем получилось выяснить зависимость индукционного тока от изменения линий магнитной индукции. Направление тока будет отличаться во время увеличения или уменьшения количества линий. Сила индукционного тока определяется скоростью изменения магнитного потока. Изменения происходят либо в самом поле, либо при перемещении контура в неоднородном магнитном поле.

Значение открытия в будущем использовании электричества

Благодаря открытию электромагнитной индукции функционируют многие двигатели и генераторы тока. Они обладают достаточно простым принципом действия, основанным на законе электромагнитной индукции. Магнитное поле изменяется в результате перемещения магнита.

При воздействии на магнит, расположенный в замкнутом контуре, в этой цепи появляется электричество. Таким образом работает генераторная установка. В обратной ситуации при пропускании электрического тока от источника по контуру магнит, который находится внутри цепи, придет в движение, на которое влияет магнитное поле, созданное электричеством. По такому принципу собирают электродвигатели.

С помощью генераторов тока механическая энергия преобразуется в электрическую. Существуют разные виды электростанций, которые в качестве механической энергии используют энергетические ресурсы:

Полученное электричество поступает по кабельным сетям к жилым комплексам и предприятиям. Достигнув потребителей, электрическая энергия преобразуется обратно в механическую в электродвигателях.

Что открытие ЭМ индукции позволило создать

На основе электромагнитной индукции создано огромное число машин и приборов. Наиболее яркими изобретениями считаются:

Благодаря великому научному открытию электромагнитной индукции человечеству удалось совершить огромный рывок в области развития электротехники. Закономерности, описанные данным явлением, позволяют создавать алгоритмы для получения электрической энергии. Практические опыты по теме электромагнитной индукции с электромагнитами часто ставят студенты специализированных вузов.

Если в процессе научных познаний и исследований возникают проблемы, всегда можно обратиться за помощью к сервису Феникс.Хелп.

Источник

У истоков электрической реки: Притягательность открытия

Долгое время природа скрывала от человека свою электромагнитную сущность, поскольку предусмотрела тонкий баланс между электрическими зарядами в окружающем мире, начиная с отдельных атомов и кончая сложными организмами вроде нас с вами. Когда эту загадку удалось разгадать, люди сразу обратили эти силы природы себе на пользу, для чего им пришлось создать новую науку — об электромагнитных свойствах веществ.

В цепи открытий, связанных с исследованием электрических и магнитных явлений в последние три столетия, трудно выбрать самое важное. И создание «лейденской банки», и изобретение электрической батареи, и обнаружение химического, теплового и, наконец, магнитного действия электрического тока были важными этапами в понимании природы электромагнетизма. Кульминацией многочисленных, изящных и трудоемких, хитроумных и простых опытов стало создание теории, заключенной в четырех несложных на первый взгляд уравнениях, известных теперь как уравнения Максвелла. Фактически каждым из этих открытий мы так или иначе пользуемся в нашей повседневной жизни: батарейками, лампочками, электродвигателями, телеграфом и телефоном. Но самым значительным в науке об электричестве и магнетизме по праву можно считать открытие Фарадеем электромагнитной индукции. На этом явлении основан принцип действия трансформаторов и электрогенераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую. Открытие электромагнитной индукции больше, чем любое другое научное достижение, способствовало широкому распространению электричества и его доступности, что без преувеличения до неузнаваемости изменило нашу жизнь всего за каких-то сто лет.

Что такое электромагнитная индукция

В теории электродинамики есть дифференциальное уравнение, описывающее явление электромагнитной индукции как связь между электрическим напряжением и изменением магнитного поля во времени. Но прежде чем появилось уравнение, был установлен экспериментальный факт: в проводнике, попавшем в изменяющееся во времени магнитное поле, возникает электродвижущая сила (э.д.с.), пропорциональная скорости изменения поля. Это и есть открытый Майклом Фарадеем закон электромагнитной индукции. Э.д.с. действует на электрические заряды проводника, и если цепь замкнута, в ней начинает течь электрический ток. Меняя магнитное поле, не важно, двигая сам проводник или магнит, можно генерировать электрический ток и превратить таким образом механическую энергию в электрическую — а это уже практическое применение закона.

Самый простой «домашний» пример электрогенератора — фонарик-жучок. Внутри «жучка» находится постоянный магнитик, сделанный в виде диска, который мы крутим, нажимая ручку. Одна половинка диска — это северный полюс магнита, другая — южный. Вокруг магнитика-ротора неподвижно закреплены две небольшие полукруглые катушки. Когда мы вращаем магнит-ротор, магнитное поле, в котором находятся катушки, все время меняется, через них течет переменный ток, и горит подключенная к катушкам маленькая лампочка накаливания.

В последнее время появился другой вариант фонарика без батареек под названием «фонарь Фарадея». Когда вы его трясете, магнит в форме цилиндра двигается вокруг катушки, соединенной с конденсатором, в катушке возникает ток и конденсатор заряжается. А разряжается он через светодиод.

Еще один бытовой пример — электродинамический микрофон, используемый в системах усиления звука. В нем катушечка, прикрепленная к диафрагме, колеблется под действием голоса между полюсами постоянного магнита. Так механическая энергия наших голосовых связок преобразуется в электрическую. Сейчас электромагнитная индукция кажется простой и понятной, а 250 лет назад ученые только начали догадываться о связи между электричеством и магнетизмом, и пришлось приложить немало усилий, чтобы люди получили в свое распоряжение столько удобных, а часто и незаменимых устройств.

Монахи на службе науки

Опыты с электричеством стали весьма популярны в середине XVIII века. Были придуманы машинки для добывания электричества трением, проводились эффектные демонстрации с воспламенением эфира, пропусканием искры через качающуюся на качелях даму и даже для приготовления электризованной воды, считавшейся полезной для здоровья.

А все-таки он движется

По стечению обстоятельств в год открытия лейденской банки родился Алессандро Вольта, который через пятьдесят лет изобрел свою электрическую батарею, и у физиков наконец появилась замечательная возможность получать электрический ток достаточной длительности, чтобы попытаться найти связь между электрическими и магнитными явлениями. Только спустя 20 лет, в 1820 году, был получен первый результат: тезка знаменитого сказочника Ганс Христиан Эрстед обнаружил отклонение стрелки компаса под действием тока, текущего вдоль меридиана. А блестящий экспериментатор Андре Мари Ампер предсказал и подтвердил экспериментально, что стальной брусок, помещенный внутрь спирали, по которой течет ток, намагничивается. Это положило начало разработке очень ценных устройств — электромагнитов, которые и сейчас остаются незаменимыми элементами многих электрических приборов.

Вскоре Эрстед сообщил о взаимности открытого им электромагнитного явления — он наблюдал движение подвешенной на проволоке батарейки, включенной в цепь, при приближении к ней магнита. Эти успехи позволили Майклу Фарадею создать очень простое, но важное приспособление: конец подвешенного проводника был опущен в резервуар с ртутью, в который снизу входил слегка выступающий над поверхностью ртути вертикальный магнит. При пропускании тока через ртуть и проводник последний начинал вращаться вокруг магнита. Это был уже почти электродвигатель! В современных его вариантах нет опасной ртути, а постоянный магнит часто заменен электромагнитом, но принцип действия остался прежним. Теперь оставалось ответить на последний вопрос: если электрический ток создает магнитное поле, предусмотрела ли природа обратный вариант?

Открытие века

Долгое время опыты не приносили результатов. Как ни располагали магниты около катушек или проводов, никаких токов не возникало. И вот в 1831 году Фарадей сделал свое самое великое открытие — явления электромагнитной индукции. Фарадей заметил, что ток появляется во всех случаях, когда магнитное поле меняется. Например, из-за движения магнита или из-за возрастания или уменьшения тока (если роль магнита выполняет проводник с током). Для демонстрации на железное кольцо наматывали два провода, один соединялся с батареей, другой — с гальванометром. При замыкании первой цепи наблюдалось резкое отклонение стрелки гальванометра, при размыкании — отклонение противоположного знака. Так Фарадею удалось «получить электричество из магнетизма». После многочисленных опытов он сам создал первый образец генератора электрического тока, отличного от батареи. Справедливости ради следует сказать, что почти одновременно с Фарадеем, но независимо от него явление электромагнитной индукции обнаружил и американский физик Джозеф Генри.

Последний штрих

Несколько десятилетий понадобилось, чтобы перейти к промышленному применению открытия. Важным этапом на этом пути стал переход от постоянных магнитов к более эффективным электромагнитам. Но здесь поначалу возникли некоторые трудности. Ведь электромагнит создает магнитное поле, только если по нему течет ток, и приходилось использовать отдельную магнитоэлектрическую машину или батарею для возбуждения самого электромагнита основного генератора. И здесь не обошлось без физического открытия, позволившего в конце концов решить эту проблему. В 1866 году сразу несколько исследователей обнаружили принцип самовозбуждения, и среди них немецкий инженер и предприниматель Вернер Сименс (основатель всемирно известной фирмы Siemens), о чем он и сделал доклад в Берлинской Академии «О превращении рабочей силы в электрический ток без применения постоянных магнитов». Благодаря этому открытию появилась динамо-машина — электрогенератор, который возбуждает свои электромагниты собственным током. Явление это не имеет ничего общего с выдумками барона Мюнхгаузена, который сам себя вытащил из болота. С сохранением энергии здесь все в порядке: после выключения тока у сердечника из мягкого железа наблюдается некоторая остаточная намагниченность, достаточная для того, чтобы с началом вращения создать небольшой ток в электромагните и соответственно магнитное поле, которое в свою очередь начнет индуцировать ток в основной цепи генератора.

Современные электрогенераторы отличаются поразительным разнообразием. От небольших устройств до гигантских тысячетонных генераторов ГЭС диаметром с десяток метров. Открытие электромагнитной индукции оказалось настолько полезным и универсальным, что его важность и практическую ценность, пожалуй, трудно переоценить. Когда Фарадею то ли лорд-канцлер, то ли премьер-министр однажды задал вопрос о пользе его открытия, ученый, хотя и был начисто лишен предпринимательской жилки, ответил так: «Она в том, сэр, что Вы, вероятно, в скором времени сможете получать с этого налоги».

Источник

Открытие электромагнитной индукции

Всего получено оценок: 145.

Всего получено оценок: 145.

Одним из событий, резко ускорившим ход научно-технического прогресса, стало открытие явления электромагнитной индукции. Практически вся электроэнергетика базируется на его применении в электрогенераторах. Рассмотрим кратко события, которые привели к этому научному достижению.

Электромагнитная индукция

В 11 классе известно, что явление электромагнитной индукции состоит в том, что в замкнутом контуре при изменении магнитного потока ΔФ за время Δt возникает ЭДС (электродвижущая сила):

Направление возникшей ЭДС определяется правилом Э. Ленца. Она направлена так, чтобы противодействовать причине, ее вызвавшей. Поэтому в формуле стоит знак «минус».

Рис. 1. Применение электромагнитной индукции.

Открытие связи между электричеством и магнетизмом

Изначально электрические и магнитные явления рассматривались отдельно, связь между ними не наблюдалась.

Магнитные явления относились к взаимодействию постоянных магнитов и к магнитному полю Земли, электрические явления относились к электризации тел и взаимодействию электрических зарядов, а также к атмосферному электричеству.

Первое свидетельство связи электричества и магнетизма получил Х. Эрстед в 1819 г.: он доказал, что проводник с током порождает вокруг себя поле, которое является магнитным (хотя самого понятия «магнитного поля» тогда еще не существовало). А в 1820 г. А. Ампер показал, что два провода, по которым идет ток, взаимодействуют друг с другом. В том же году Ж.-Б. Био и Ф. Савар опубликовали закон, названный впоследствии их именем, который описывал магнитное поле любого проводника с током. Таким образом было доказано, что магнитное поле может порождаться электрическим током.

Открытие электромагнитной индукции

Однако обратная задача — создать электрический ток с помощью магнитного поля — долго не поддавалась решению. Она была решена лишь 29 августа 1831 г. М. Фарадеем (редкий случай, когда известна точная дата открытия).

Для опытов использовалась катушка, на которую было намотано две обмотки с медным проводом. Первая обмотка подключалась к мощной гальванической батарее. Вторая обмотка была подключена к гальванометру. Магнитное поле, порождаемое одной катушкой, пронизывало и другую. А значит, если магнитное поле порождает электричество, то гальванометр должен отмечать наличие тока.

Многочисленные опыты тем не менее показывали, что постоянное магнитное поле, порождаемое первой катушкой, не создает электрического тока во второй катушке. Однако было замечено слабое колебание стрелки гальванометра в момент включения и выключения батареи. Такое колебание, видимо, отмечали многие исследователи, но М. Фарадей первым понял его неслучайность и первым связал слабое движение стрелки гальванометра с включением или выключением тока через первую катушку.

После дополнительных исследований было твердо установлено, что магнетизм всегда порождает электричество. Однако статическое магнитное поле для этого не годится. Только изменение магнитного потока через рамку создает в ней постоянный электрический ток. При этом источник магнитного поля и причина его изменения могут быть любыми.

Можно использовать магнитное поле, порождаемое катушкой, можно использовать постоянный магнит. Можно изменять ток в катушке, можно двигать катушку или магнит — всегда любое изменение магнитного поля вызывало появление во второй катушке электрического тока.

Что мы узнали?

Электромагнитная индукция — это порождение электрического тока в контуре изменяющимся магнитным полем, пронизывающим этот контур. Открытие электромагнитной индукции сделало возможным появление электрических генераторов и имеет огромное значение в современном мире. Оно было сделано М. Фарадеем в 1831 г.

Источник

В чем важность открытия явления электромагнитной индукции

1. С какой, целью ставились опыты? Как они проводились?

«Превратить магнетизм в электричество» — так записал в своём дневнике цель своих опытов Майкл Фарадей в 1822 г.
Если электрический ток «создаёт» магнитное поле, то нельзя ли с помощью магнитного поля «создать» электрический ток?

Опыты Фарадея, демонстрирующие явление электромагнитной индукции:

1. Здесь наблюдается возникновение индукционного тока при движении магнита и катушки относительно друг друга.

2. При замыкании и размыкании цепи гальванометр регистрирует индукционный ток.

3. Можно вызвать появление индукционного тока в катушке 2 путём изменения силы тока в другой катушке 1.

4. При движении катушек относительно друг друга гальванометром регистрируется индукционный ток.

5. При вращении контура в магнитном поле (или магнита относительно контура) изменение магнитного потока приводит к возникновению индукционного тока.

2. При каком условии во всех опытах в катушке, замкнутой на гальванометр, возникал индукционный ток?

При любом изменении магнитного потока через поперечное сечение катушки в проводнике появлялся индукционный ток..

3. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

Явление электромагнитной индукции:

При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего площадь, ограниченную замкнутым проводником, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

4. В чем важность открытия явления электромагнитной индукции?

Явление электромагнитной индукции используется в производстве электрической энергии, например, в электрогенераторах, получивших широкое распространение.

Источник