Faradayevi eksperimenti. Elektromagnetska indukcija. Michael Faraday

Eksperimenti s Faradejevim eksperimentom dali su neprocjenjiv doprinos stvaranju moderne znanosti. Jednostavan siromašan dječak napravio je pravi proboj u fizici. Među njegovim eksperimentalnim otkrićima je i zakon. elektromagnetska indukcija fenomen elektrolize, faradayovog cilindra. Znanstvenik ne samo da je tražio nova iskustva - izgradio je potpuno razumljivu teoriju elektromagnetskih pojava, temeljenu na eksperimentalnim podacima.

početak

Michael Faraday bio je sin kovača. Osnovno znanje koje je primio u školi za siromašne, gdje je naučio čitati, pisati i računati. U dobi od devet godina, Faraday širi novine, a kasnije ga otac identificira kao knjigovežnicu. Radoznao dječak pročitao je sve knjige koje su mu bile dane za ispreplitanje. Ali najviše od svega volio je znanstvene rasprave. Tako je budući znanstvenik proširio svoje horizonte i upoznao se s najnovijim dostignućima moderne znanosti. Predivan slučaj doveo ga je do Sir Davyja, koji ga je odveo tajnicama.

Nova profesija pružila mu je priliku da putuje svijetom i održi poznavanje velikih znanstvenika tog vremena - Volte, Gay-Lussac, Ampere. Pod utjecajem velikih ljudi, Faraday je započeo svoju znanstvenu djelatnost.

Prva otkrića

U listopadu 1832. godine u dnevnicima Faradaya pojavio se prvi unos: "S prolaskom struje, područje obojenih područja mijenja se na papiru." Ovo zapažanje poslužio je kao prvi poticaj interakciji kemijskih reakcija i električnih pojava. Odstupanje magnetske igle pod djelovanjem električne struje poslužilo je kao osnova za vlastito otkriće. Michael Faraday počeo je proučavati prirodu električnih fenomena.

Faraday Discovery

Eksperimenti na proučavanju učinaka indukcije započeli su prije oko 200 godina Joseph Henry i Michael Faraday. Znanstvenici su istraživali električna struja uz pomoć dvije žičane spirale koje su namotane na bubanj od drva. Jedna od tih spirala bila je vezana za galvanometar, koji je bilježio slabe struje. Drugi svitak bio je povezan s galvanskom baterijom. U trenutku zatvaranja i otvaranja kruga, indikatorska strelica galvanometra je nužno odstupala.

Eksperimenti Faradaya dokazali su postojanje veze između magnetskog i električnog polja. Rezultirajući odnos naziva se "zakonom elektromagnetske indukcije". Ukratko, značenje ovog fenomena može se opisati kao pojavljivanje električne struje u zatvorenom krugu s magnetskim protokom koji se mijenja s vremenom, koji taj krug prodire. Daljnji Faradejevi eksperimenti bili su posvećeni proučavanju ovog fenomena.

Istraživanje EMR-a

Jedan od pokusa pokazao je da interakcija magneta i svitka s strujom izaziva pojavu indukcijske struje. Faraday je ovaj fenomen objasnio na sljedeći način: kada se magnet umetne u zavojnicu, u strujnom krugu se javlja električna struja, a struja, ali u drugom smjeru, također nastaje tijekom uklanjanja. Napon koji se pojavljuje ovisi o brzini magneta i na koju polu on utone u zavojnicu.

Drugi eksperiment se odnosio na pojavu struje u jednom svitku kada se napon mijenja u drugi. Kako je Faraday dokazao, ovaj fenomen se javlja u trenutku dobave (zaustavljanja) struje u prvom elementu.

Nakon što je proveo brojne eksperimente, Faraday je dokazao da se u zatvorenim krugovima napon javlja samo u slučaju kada taj krug pada u izmjenično magnetsko polje. Nastala struja naziva se samo-vođena ili induktivna.

Elektromotorna sila

Moderna znanost to tvrdi električni krug ne postoji određena struja, nego elektromotorna sila (EMF), koja izaziva njezin izgled. Eksperimenti su pokazali da se EMF pojavljuje u krugu kada se mijenja magnetski tok. Njegova formula može se napisati na sljedeći način:

Značenje ovog izraza je da je emf jednaka brzini promjene magnetskog toka, prikazanoj s minus znakom. Faradayeva formula nosi njegovo ime i odražava takav zakon: emf indukcije jednaka je brzini promjene magnetskog toka kroz krug. Znak minus u ovom izrazu duguje svoj izgled Lenzovom pravilu.

Prvi generator

Godine 1831. znanstvenik je pokazao proces transformacije mehanička energija u električnom, sagradio faradayev generator. Ovaj uređaj nije imao praktičnu vrijednost, ali je jasno pokazao čaroliju pojave električne struje.

Faradayev disk je bio uređaj nalik primitivnom generatoru. U tom je obliku magnetsko polje bilo usmjereno duž osi rotacije, a kontura je ostala nepomična. Iznenađenje promatrača uzrokovano je činjenicom da je rotacija magneta zajedno s diskom dovela do pojave elektromotorne sile u fiksnom krugu. Ovaj fenomen naziva se Faradayev paradoks. Ova kontradikcija riješena je nakon smrti znanstvenika, kada je otkriven elektron koji se ponaša i kao naboj i kao čestica.

Studije elektrolize

Faradayovi eksperimenti nisu bili ograničeni na istraživanje magnetskih polja. Većina modernih koncepata elektrolize i iona duguje svoj izgled ovom engleskom znanstveniku. Opsežan niz eksperimenata o proučavanju ponašanja kemijskih otopina u električnom polju Faraday sveden je na dva jednostavna zakona, koja se i danas koriste:

• Masa tvari nastale tijekom elektrolize na elektrodama izravno je proporcionalna proizvodu vremena i struje (tj. Količini električne energije);
• s istom količinom električne energije, masa tvari nastale na elektrodama proporcionalna je kemijskom ekvivalentu tvari.

Tijekom eksperimenata, Faraday je dokazao da je za dobivanje 1.008 kg vodika potrebno potrošiti 9,65 milijuna privjesaka električne energije. Ista količina električne energije potrebna je za proizvodnju 35,4 kg klora, 63,6 / 2 kg bakra, 16/2 kg kisika. Prema tome, mjera električne energije potrebna za proizvodnju jednog kemijskog ekvivalenta tvari nazvana je Faradayev broj.

Ogroman doprinos ovog izvanrednog i talentiranog znanstvenika fizici stavlja ga na istu razinu kao Newton, Joel, Einstein i druge velike ljude.