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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Induction électromagnétique. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Après les découvertes Oersted и Ampère il est devenu clair que l'électricité a une force magnétique. Il fallait maintenant confirmer l'influence des phénomènes magnétiques sur les phénomènes électriques. Ce problème a été brillamment résolu par Faraday. Michael Faraday (1791-1867) est né à Londres, l'une des parties les plus pauvres de celle-ci. Son père était forgeron et sa mère était la fille d'un fermier. Lorsque Faraday a atteint l'âge scolaire, il a été envoyé à l'école primaire. Le cours suivi par Faraday ici était très étroit et limité uniquement à l'enseignement de la lecture, de l'écriture et du début du comptage. A quelques pas de la maison où vivait la famille Faraday, il y avait une librairie, qui était aussi un établissement de reliure. C'est là que Faraday est arrivé, après avoir terminé le cours de l'école primaire, lorsque la question s'est posée de choisir un métier pour lui. Michael à cette époque n'avait que 13 ans. Déjà dans sa jeunesse, alors que Faraday venait de commencer son auto-éducation, il s'efforçait de s'appuyer uniquement sur des faits et de vérifier les rapports des autres avec ses propres expériences. Ces aspirations l'ont dominé toute sa vie comme les principales caractéristiques de son activité scientifique. Faraday a commencé à faire des expériences physiques et chimiques en tant que garçon lors de la première connaissance de la physique et de la chimie. Une fois, Michael a assisté à l'une des conférences de Humphrey Davy, le grand physicien anglais. Faraday a pris une note détaillée de la conférence, l'a reliée et l'a envoyée à Davy. Il a été tellement impressionné qu'il a proposé à Faraday de travailler avec lui en tant que secrétaire. Bientôt, Davy partit en voyage en Europe et emmena Faraday avec lui. Pendant deux ans, ils ont visité les plus grandes universités européennes. De retour à Londres en 1815, Faraday commença à travailler comme assistant dans l'un des laboratoires de la Royal Institution de Londres. C'était alors l'un des meilleurs laboratoires de physique du monde.De 1816 à 1818, Faraday publia nombre de petites notes et de petits mémoires sur la chimie. Les premiers travaux de Faraday sur la physique remontent à 1818. Basé sur les expériences de ses prédécesseurs et combinant plusieurs de ses propres expériences, en septembre 1821, Michael avait publié "L'histoire des succès de l'électromagnétisme". Déjà à cette époque, il avait inventé un concept tout à fait correct de l'essence du phénomène de déviation d'une aiguille magnétique sous l'action d'un courant. Ayant obtenu ce succès, Faraday a abandonné ses études dans le domaine de l'électricité pendant dix ans, se consacrant à l'étude d'un certain nombre de sujets d'un genre différent. En 1823, Faraday a fait l'une des découvertes les plus importantes dans le domaine de la physique - il a d'abord réalisé la liquéfaction d'un gaz et a en même temps établi une méthode simple mais valable pour convertir les gaz en liquide. En 1824, Faraday fait plusieurs découvertes dans le domaine de la physique. Entre autres choses, il a établi le fait que la lumière affecte la couleur du verre, la changeant. L'année suivante, Faraday passe à nouveau de la physique à la chimie, et le résultat de ses travaux dans ce domaine est la découverte de l'essence et de l'acide naphtalène sulfurique. En 1831, Faraday publia un traité sur un type spécial d'illusion d'optique, qui servit de base à un beau et curieux projectile optique appelé le "chromotrope". La même année, un autre traité du scientifique "Sur les plaques vibrantes" est publié. Beaucoup de ces ouvrages pourraient à eux seuls immortaliser le nom de leur auteur. Mais les travaux scientifiques les plus importants de Faraday sont ses recherches dans le domaine de l'électromagnétisme et de l'induction électrique. À proprement parler, la branche importante de la physique, qui traite des phénomènes d'électromagnétisme et d'électricité inductive, et qui est actuellement d'une si grande importance pour la technologie, a été créée par Faraday à partir de rien. Au moment où Faraday se consacra finalement à la recherche dans le domaine de l'électricité, il fut établi que, dans des conditions ordinaires, la présence d'un corps électrifié suffit pour que son influence excite l'électricité dans n'importe quel autre corps. En même temps, on savait que le fil par lequel passe le courant et qui est aussi un corps électrifié n'a aucun effet sur les autres fils placés à proximité. Qu'est-ce qui a causé cette exception ? C'est la question qui intéressa Faraday et dont la solution le conduisit aux découvertes les plus importantes dans le domaine de l'électricité par induction. Comme d'habitude, Faraday a commencé une série d'expériences censées clarifier l'essence de la question. Faraday a enroulé deux fils isolés parallèlement l'un à l'autre sur le même rouleau à pâtisserie en bois. Il connecta les extrémités d'un fil à une batterie de dix éléments, et les extrémités de l'autre à un galvanomètre sensible. Lorsque le courant a traversé le premier fil, Faraday a porté toute son attention sur le galvanomètre, s'attendant à remarquer à ses oscillations l'apparition d'un courant dans le second fil. Cependant, il n'en fut rien : le galvanomètre resta calme. Faraday a décidé d'augmenter le courant et a introduit 120 cellules galvaniques dans le circuit. Le résultat est le même. Faraday a répété cette expérience des dizaines de fois, toutes avec le même succès. N'importe qui d'autre à sa place aurait quitté l'expérience, convaincu que le courant traversant le fil n'a aucun effet sur le fil adjacent. Mais Faraday a toujours essayé d'extraire de ses expériences et observations tout ce qu'elles pouvaient donner, et donc, n'ayant pas reçu d'effet direct sur le fil relié au galvanomètre, il s'est mis à chercher des effets secondaires. Il remarqua aussitôt que le galvanomètre, restant parfaitement immobile pendant tout le passage du courant, entre en oscillation à la fermeture même du circuit et à son ouverture. Il s'est avéré qu'au moment où un courant passe dans le premier fil, et aussi lorsque cette transmission s'arrête, un courant est également excité dans le second fil, qui dans le premier cas a le sens opposé au premier courant et est le de même dans le second cas et ne dure qu'un instant. Ces courants instantanés secondaires, provoqués par l'influence des courants primaires, ont été appelés inductifs par Faraday, et ce nom leur a été conservé jusqu'à présent. Étant instantanés, disparaissant instantanément après leur apparition, les courants inductifs n'auraient aucune signification pratique si Faraday n'avait pas trouvé le moyen, à l'aide d'un ingénieux dispositif (interrupteur), d'interrompre constamment et de conduire à nouveau le courant primaire provenant de la batterie à travers le premier fil, grâce auquel le deuxième fil est continuellement excité par de plus en plus de courants inductifs, devenant ainsi constant. Ainsi, une nouvelle source d'énergie électrique a été trouvée, en plus des processus précédemment connus (frottement et processus chimiques), - l'induction, et un nouveau type de cette énergie - l'électricité par induction. Poursuivant ses expériences, Faraday découvrit en outre qu'une simple approximation d'un fil torsadé d'une courbe fermée à l'autre, le long duquel circule un courant galvanique, suffit à exciter un courant inductif dans le sens opposé au courant galvanique dans un fil neutre, que l'éloignement d'un fil neutre excite à nouveau un courant inductif dans celui-ci, le courant est déjà dans le même sens que le courant galvanique circulant le long d'un fil fixe, et que, finalement, ces courants inductifs ne sont excités que lors de l'approche et de l'éloignement du fil au conducteur du courant galvanique, et sans ce mouvement, les courants ne sont pas excités, quelle que soit la proximité des fils entre eux. Ainsi, un nouveau phénomène a été découvert, similaire au phénomène d'induction décrit ci-dessus lors de la fermeture et de la terminaison du courant galvanique. Ces découvertes en ont à leur tour donné lieu à de nouvelles. S'il est possible de produire un courant inductif en fermant et en arrêtant le courant galvanique, n'obtiendrait-on pas le même résultat de l'aimantation et de la désaimantation du fer ? Les travaux d'Oersted et d'Ampère avaient déjà établi la relation entre le magnétisme et l'électricité. On savait que le fer devenait un aimant lorsqu'un fil isolé était enroulé autour de lui et qu'un courant galvanique le traversait, et que les propriétés magnétiques de ce fer cessaient dès que le courant cessait. Sur cette base, Faraday a proposé ce genre d'expérience : deux fils isolés ont été enroulés autour d'un anneau de fer ; de plus, un fil était enroulé autour d'une moitié de l'anneau, et l'autre autour de l'autre. Un courant d'une batterie galvanique passait par un fil et les extrémités de l'autre étaient connectées à un galvanomètre. Et ainsi, lorsque le courant s'est fermé ou s'est arrêté, et lorsque, par conséquent, l'anneau de fer a été magnétisé ou démagnétisé, l'aiguille du galvanomètre a oscillé rapidement puis s'est arrêtée rapidement, c'est-à-dire que tous les mêmes courants inductifs instantanés ont été excités dans le fil neutre - ceci temps : déjà sous l'influence du magnétisme. Ainsi, ici, pour la première fois, le magnétisme a été converti en électricité. Ayant reçu ces résultats, Faraday a décidé de diversifier ses expériences. Au lieu d'un anneau de fer, il a commencé à utiliser une bande de fer. Au lieu d'exciter le magnétisme du fer avec un courant galvanique, il a magnétisé le fer en le touchant à un aimant permanent en acier. Le résultat était le même : dans le fil enroulé autour du fer, un courant était toujours excité au moment de l'aimantation et de la démagnétisation du fer. Ensuite, Faraday a introduit un aimant en acier dans la spirale du fil - l'approche et le retrait de ce dernier ont provoqué des courants d'induction dans le fil. En un mot, le magnétisme, au sens d'excitation de courants inductifs, agissait exactement de la même manière que le courant galvanique. A cette époque, les physiciens étaient intensément occupés par un phénomène mystérieux, découvert en 1824 par Arago et n'ont pas trouvé d'explication, malgré; que cette explication a été intensément recherchée par des scientifiques aussi éminents de l'époque qu'Arago lui-même, Ampère, Poisson, Babaj et Herschel. L'affaire était la suivante. Une aiguille magnétique, suspendue librement, s'immobilise rapidement si un cercle de métal non magnétique est amené en dessous; si le cercle est alors mis en mouvement de rotation, l'aiguille magnétique commence à le suivre. Dans un état calme, il était impossible de découvrir la moindre attraction ou répulsion entre le cercle et la flèche, tandis que le même cercle, qui était en mouvement, tirait derrière lui non seulement une flèche légère, mais aussi un aimant lourd. Ce phénomène vraiment miraculeux semblait aux scientifiques de l'époque une énigme mystérieuse, quelque chose au-delà du naturel. Faraday, sur la base de ses données ci-dessus, a fait l'hypothèse qu'un cercle de métal non magnétique, sous l'influence d'un aimant, circule pendant la rotation par des courants inductifs qui affectent l'aiguille magnétique et l'entraînent derrière l'aimant. En effet, en introduisant le bord du cercle entre les pôles d'un gros aimant en forme de fer à cheval et en reliant le centre et le bord du cercle avec un galvanomètre à fil, Faraday recevait un courant électrique constant pendant la rotation du cercle. Suite à cela, Faraday s'arrêta sur un autre phénomène qui suscitait alors la curiosité générale. Comme vous le savez, si de la limaille de fer est saupoudrée sur un aimant, elle est regroupée le long de certaines lignes, appelées courbes magnétiques. Faraday, attirant l'attention sur ce phénomène, donna en 1831 aux courbes magnétiques le nom de "lignes de force magnétique", qui se généralisa alors. L'étude de ces "lignes" a conduit Faraday à une nouvelle découverte, il s'est avéré que pour l'excitation des courants inductifs, l'approche et l'éloignement de la source du pôle magnétique n'est pas nécessaire. Pour exciter des courants, il suffit de traverser les lignes de force magnétique d'une manière connue. D'autres travaux de Faraday dans la direction mentionnée ont acquis, du point de vue moderne, le caractère de quelque chose de complètement miraculeux. Au début de 1832, il fait la démonstration d'un appareil dans lequel des courants inductifs sont excités sans l'aide d'un aimant ou d'un courant galvanique. L'appareil consistait en une bande de fer placée dans une bobine de fil. Cet appareil, dans des conditions ordinaires, n'a pas donné le moindre signe de l'apparition de courants en lui; mais dès qu'on lui a donné une direction correspondant à la direction de l'aiguille aimantée, un courant a été excité dans le fil. Faraday donna alors la position de l'aiguille aimantée à une bobine, puis y introduisit une bande de fer : le courant fut de nouveau excité. La raison qui a provoqué le courant dans ces cas était le magnétisme terrestre, qui a provoqué des courants inductifs comme un aimant ordinaire ou un courant galvanique. Afin de le montrer et de le prouver plus clairement, Faraday a entrepris une autre expérience qui a pleinement confirmé ses idées. Il a estimé que si un cercle de métal non magnétique, par exemple du cuivre, tournant dans une position où il coupe les lignes de force magnétique d'un aimant voisin, donne un courant inductif, alors le même cercle, tournant en l'absence de un aimant, mais dans une position où le cercle croisera les lignes du magnétisme terrestre, doit aussi donner un courant inductif. Et en effet, un cercle de cuivre, tourné dans un plan horizontal, a donné un courant inductif, qui a produit une déviation notable de l'aiguille du galvanomètre. Un certain nombre d'études dans le domaine de l'induction électrique Faraday ont abouti à la découverte, faite en 1835, de "l'effet inductif du courant sur lui-même". Il a découvert que lorsqu'un courant galvanique est fermé ou ouvert, des courants inductifs instantanés sont excités dans le fil lui-même, qui sert de conducteur à ce courant. physicien russe Emil Christoforovitch Lenz (1804-1861) ont donné une règle pour déterminer la direction d'un courant induit. "Le courant d'induction est toujours dirigé de telle manière que le champ magnétique qu'il crée entrave ou ralentit le mouvement qui provoque l'induction", note A.A. Korobko-Stefanov dans son article sur l'induction électromagnétique. "Par exemple, lorsqu'une bobine s'approche d'un aimant , le courant inductif résultant a une direction telle que le champ magnétique créé par celui-ci sera opposé au champ magnétique de l'aimant. En conséquence, des forces répulsives apparaissent entre la bobine et l'aimant. La règle de Lenz découle de la loi de conservation et de transformation de l'énergie. Si les courants inductifs accéléraient le mouvement qui les a provoqués, alors le travail serait créé à partir de rien. La bobine elle-même, après une petite poussée, se précipiterait vers l'aimant, et en même temps le courant d'induction y dégagerait de la chaleur. En réalité, le courant d'induction est créé en raison du travail de rapprochement de l'aimant et de la bobine. Pourquoi y a-t-il un courant induit ? Une explication approfondie du phénomène d'induction électromagnétique a été donnée par un physicien anglais James Greffier Maxwell - le créateur de la théorie mathématique complète du champ électromagnétique. Pour mieux comprendre l'essence de la question, considérons une expérience très simple. Soit la bobine constituée d'une spire de fil et percée d'un champ magnétique alternatif perpendiculaire au plan de la spire. Dans la bobine, bien sûr, il y a un courant d'induction. Maxwell a interprété cette expérience avec un courage et un imprévu exceptionnels. Lorsque le champ magnétique change dans l'espace, selon Maxwell, un processus se produit pour lequel la présence d'une bobine de fil n'a aucune importance. L'essentiel ici est l'apparition de lignes en anneau fermé du champ électrique, couvrant le champ magnétique changeant. Sous l'action du champ électrique émergent, les électrons commencent à se déplacer et un courant électrique apparaît dans la bobine. Une bobine est juste un appareil qui vous permet de détecter un champ électrique. L'essence du phénomène d'induction électromagnétique est qu'un champ magnétique alternatif génère toujours un champ électrique avec des lignes de force fermées dans l'espace environnant. Un tel champ est appelé champ tourbillonnaire. Les recherches dans le domaine de l'induction produite par le magnétisme terrestre donnent à Faraday l'occasion d'exprimer l'idée d'un télégraphe dès 1832, qui forme alors la base de cette invention. De manière générale, la découverte de l'induction électromagnétique n'est pas sans raison attribuée aux découvertes les plus marquantes du XNUMXème siècle - le travail de millions de moteurs électriques et de générateurs de courant électrique à travers le monde est basé sur ce phénomène... Auteur : Samin D.K.
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