Кто впервые с помощью магнитного поля получил электрический ток

Кто впервые с помощью магнитного поля получил электрический ток

Вопрос по физике:

Впервые электрический ток с помощью магнитного поля получил:
А) А. Ампер
В) В. Вебер
Б) Д. Максвелл
Г) М. Фарадей

Трудности с пониманием предмета? Готовишься к экзаменам, ОГЭ или ЕГЭ?

Воспользуйся формой подбора репетитора и занимайся онлайн. Пробный урок — бесплатно!

• bookmark_border

• 06.07.2018 00:17
• Физика
• remove_red_eye 6305
• thumb_up 23

Ответы и объяснения 2

qucamicyoug834

Впервые электрический ток с помощью магнитного поля получил:
А) А. Ампер
В) В. Вебер
Б) Д. Максвелл
Г) М. Фарадей
Ответ:г) М.Фарадей

• 07.07.2018 22:20
• thumb_up 49

Такто Фарадей а не Ампер. Это я к коментарию

• 08.07.2018 12:22
• thumb_up 4

Знаете ответ? Поделитесь им!

Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Физика.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи — смело задавайте вопросы!

Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.

Открытие электромагнитной индукции

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».

Полученная ЭДС вызывает появление электрического тока, который может применяться в самых различных электрических устройствах и механизмах.

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.

Электромагнитная индукция

Магнитное поле — поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Долгое время считалось, что магнитные свойства некоторых веществ и предметов обеспечиваются «магнитными зарядами» или «магнитными молекулами». Такие молекулы должны быть подобны электрическим зарядам, которые создают электрическое поле. Впервые вывод о том, что электрический ток оказывает действие на магнитную стрелку, сделал датский физик Х. Эрстед. Ученый расположил проводник с током и магнитную стрелку параллельно друг другу. Пропускание переменного тока через провод вызывало отклонение стрелки. Отсюда ученый сделал вывод, что магнитное поле — поле, создаваемое движущимися электрическими зарядами. Почему же тогда существуют вещества, внутри которых нет потока заряженных частиц, но которые обладают магнитными свойствами? В этом случае магнитное поле создается внутри атома вращающимися не парными электронами на орбитах, то есть атом можно считать электромагнитом. Сформулируем необходимое условие возникновения магнитного поля.

Магнитное поле создается только движущимися электрическими зарядами.

Открытие электромагнитной индукции

Опыты Эрстеда по взаимодействию проводника с током и магнита показали, что переменный электрический ток приводит к возникновению магнитного поля. Верно ли обратное утверждение? Ответ на этот вопрос дал великий ученый М. Фарадей. В процессе ряда опытов в лабораторных условиях Фарадею удалось установить, что изменение магнитного поля также приводит к появлению электрического тока. Рассмотрим опыт М. Фарадея. На общий сердечник (деревянный) намотаны два провода, изолированные друг от друга. Один из них считают первой катушкой и подключают к источнику тока, второй — к гальванометру. Примечание 1

Гальванометр — прибор для измерения токов малой величины.

При пропускании постоянного тока по первой катушке, гальванометр не фиксирует никаких изменений. При применении источника переменного тока в момент замыкания схемы, гальванометр показывает появление разряда в обмотке второй катушки. Затем стрелка гальванометра возвращается в исходное положение. При размыкании цепи, гальванометр опять фиксирует наличие тока во второй катушке. Проанализировав результаты опыта, М. Фарадей дал такое объяснение этому явлению: в момент замыкания по обмотке начинает протекать ток, который создает магнитное поле. Появившееся поле пронизывает витки второй катушки и приводит к возникновению тока в ее обмотке. При продолжающейся подаче тока первая катушка начинает вести себя как постоянный магнит, то есть магнитное поле не меняется, и гальванометр не определяет наличие тока в катушке. В момент размыкания цепи, магнитное поле начинает затухать и, изменяясь, опять способствует появлению тока во второй катушке.

Описанные исследования послужили основой для важного открытия М. Фарадея: при изменении магнитного потока, проходящего через замкнутый контур, в контуре возникает электродвижущая сила.

Отметим, что к возникновению тока приводит не только изменение потока, но и изменение площади контура или его ориентации. В любом из приведенных случаев происходит изменение количества силовых магнитных линий, пронизывающих поверхность, что ведет к появлению тока.

История и определение

Результатом работ М. Фарадея стал закон электромагнитной индукции. Определение 2

Электромагнитная индукция (закон электромагнитной индукции) — механизм возникновения тока в проводнике под действием изменяющегося во времени магнитного потока.

Определение 3
Ток, который появляется в результате электромагнитной индукции, называют индукционным.

Позднее М. Фарадей сформулировал закон, суть которого заключается в том, что величину электродвижущей силы можно найти как величину изменения магнитного потока через контур. После того как стал понятен принцип возникновения индукционного тока, необходимо было решить вопрос с его направлением. Эту задачу решил российский ученый Э. Ленц. Изучая работы своих коллег, Э. Ленц сформулировал правило: Правило

Индукционный ток в контуре направлен так, чтобы магнитное поле, которое создается этим током, имело противоположное внешнему полю направление. То есть индукционный ток направлен так, чтобы уменьшить влияние причины, приведшей к его появлению.

Правило Ленца легко проверяется с помощью простого опыта, который состоит в приближении и отдалении постоянного магнита и замкнутого алюминиевого кольца. Если подносить магнит к кольцу, можно наблюдать отталкивание кольца и магнита, если отдалять — притяжение. Закон электромагнитной индукции имеет важное практическое применение. В качестве примера отметим, что открытие закона электромагнитной индукции сделало возможным создание электрических генераторов переменного тока.

Основные формулы

Закон Фарадея выражается формулой: Формула 1
Теперь возьмем катушку, в обмотке которой N витков, тогда ЭДС: Формула 4

Закон электромагнитной индукции можно записать также в дифференциальной и интегральной формах. Интегральная форма: Формула 5

Дифференциальная форма: Формула 6
Примечание 2

Дифференциальная и интегральная формы записи выражений для ЭДС не изучаются в рамках школьного курса физики (10-11 классы).

В этом виде выражения для ЭДС входят в систему уравнений Максвелла для описания связи электромагнитного поле с зарядами и токами в различных средах. Примечание 3

Систему уравнений, куда включено также выражение для силы Лоренца (сила воздействия магнитного поля на заряд), называют системой Максвелла-Лоренца или полной системой классической электродинамики.

§7. Магнитное поле способно создать электрический ток

Майкл Фарадей — английский физик. Исследования в области электричества, магнетизма, электрохимии. Создал лабораторную модель электродвигателя ( 1821 ). Открыл явление электромагнитной индукции ( 1831 ), сформулировал законы электролиза ( 1833 ).

Первым ввел понятие «магнитное поле» ( 1845 ). Создал учение об электромагнит-

ном поле. Высказал мысль о единстве сил природы ( различных видов энергии и их взаим-

ном превращении ( 1840 ).

Майкл Фарадей родил­ся в Лондоне, в одной из беднейших его частей. Его отец был кузнецом, а мать — дочерью земледельца-аренда­тора. Когда Фарадей достиг школьно­го возраста, его отдали в начальную школу.

Курс, пройденный Фарадеем здесь, был очень узок и ограничивал­ся только обуче-

нием чтению, письму и началам счета.

В нескольких шагах от дома, в котором жила семья Фарадеев, находилась книжная лавка, бывшая вместе с тем и переплетным заведением. Сюда-то и попал Фарадей, закон-

чив курс начальной школы, когда возник вопрос о выборе профессии для него. Майклу в это время минуло только 13 лет.

Уже в юношеском возрасте, когда Фарадей только что начинал свое самообразова-

ние, он стремился опираться исключительно только на факты и проверять сообщения дру-

гих собственными опытами. Эти стремления доминировали в нем всю жизнь как основ-

ные черты его научной деятельности.

Физические и химические опыты Фарадей стал проделывать еще мальчиком при первом же знакомстве с физикой и химией. Однажды Майкл посетил одну из лекций Гэм-

фри Дэви, великого английского физика. Фарадей сделал подробную запись лекции, пере-

плел ее и отослал Дэви. Тот был настолько поражен, что предложил Фарадею работать с ним в качестве секретаря.

Вскоре Дэви отправился в путешествие по Европе и взял с собой Фарадея. За два года они посетили крупнейшие евро­пейские университеты.

Вернувшись в Лондон в 1815 году, Фарадей начал работать ассис­тентом в одной из лабораторий Королевского института в Лондоне. В то время это была одна из лучших физических лабораторий мира. С 1816 по 1818 год Фарадей напечатал ряд мелких заметок и небольших мемуаров по химии. К 1818 году относится первая работа Фарадея по физи-

Опираясь на опыты своих предшественников и скомбинировав несколько собствен

ных опытов, к сентябрю 1821 года Майкл напечатал «Историю успехов электромагнетиз-

Уже в это время он составил вполне правильное понятие о сущности явления откло

нения магнитной стрелки под действием тока ( см. опыты Эрстеда ). После этого Фарадей на целых десять лет оставляет занятия в области электричества, посвятив себя исследова

нию целого ряда предметов иного рода.

В 1823 году Фарадеем было произведено одно из важнейших откры­тий в области физики — он впервые добился сжижения газа, и вместе с тем установил простой, но дейст

вительный метод обращения газов в жидкость.

В 1824 году Фарадей сделал несколько открытий в области физики. Среди прочего он установил тот факт, что свет влияет на цвет стекла, изменяя его. В следующем году Фарадей снова обращается от физики к химии, и результатом его работ в этой области является открытие бензина и серно-нафталиновой кислоты.

В 1831 году Фарадей опубликовал трактат «Об особого рода опти­ческом обмане», послуживший основанием прекрасного и любопытно­го оптического снаряда, именуемого «хромотропом». В том же году вышел еще один трактат ученого «О вибрирующих пластинках».

Многие из этих работ могли сами по себе обессмертить имя их автора. Но наиболее важными из научных работ Фарадея являются его иссле­дования в области электромагне-

тизма и электрической индукции.

Стро­го говоря, важный отдел физики, трактующий явления электромагне­тизма и индукционного электричества, и имеющий в настоящее время такое громадное значение для техники, был создан Фарадеем из ничего.

В том же 1831 г. Фарадей блестяще решил задачу — получить электрический ток с помощью магнитного поля.

Дело в том, что до сих пор источником электрического тока были аккумуляторные батареи – тяжёлые, громоздкие и капризные в работе. Поэтому в те годы шёл интенсив-

ный поиск новых источников тока, которые не имели бы указанные недостатки.

Опыт, позволивший открыть явление электромагнитной индукции, состоял в сле-

В катушку, соединенную с чувствительным гальванометром, вставлялся магнит

.

Рис. 3.6. Опыт, позволивший открыть явление электромагнитной индукции

Гальванометр показывал прохождение тока только при движении магнита внутри катушки. Если магнит не двигался, ток не возникал.

При этом, если направление перемещения магнита внутри катушки изменялось на противоположное, стрелка гальванометра отклонялась в другую сторону.

Сейчас уже известно, что ток возникает также в случае, если магнит неподвижен, а движется проводник. Такое происходит в генераторах постоянного тока.

ЭДС электромагнитной индукции возникает во многих других случаях ( см. ниже ), но в любом из этих случаев условие возникновения ЭДС одно и тоже, а именно:

движение магнитного поля и проводника относительно друг друга.

Легенда рассказывает, что в это же время аналогичные опыты проводил Ампер. Но

у него катушка с сердечником и гальванометр находились в разных помещениях.

Ампер же, подключив к катушке источник тока, шёл в соседнее помещение, наде-

ясь увидеть отклонение стрелки гальванометра. Однако он этого так никогда и не увидел.

Продолжая свои исследования, Фарадей выяснил, что для получения электродвижу

щей не обязательно перемещать магнит относительно проводника, как в опыте на рис.

Можно поступить наоборот – перемещать проводник в магнитном поле ( рис. 3.7 ).

Рис. 3.7. Возникновение ЭДС при движении проводника в магнитном поле

Если перемещать проводник при помощи сторонней* силы со скоростью , то в проводнике возникнет ЭДС электромагнитной индукции ( В )

е = Blv sin α ( 3.4 ),

где В — величина магнитной индукции в теслах, Тл;

l — активная длина проводника (т. е. та его часть, которая на­ходится в магнит-

ном поле), м;

v — скорость движения проводника, м/сек;

α — угол между направлением магнитной индукции В и направ­лением скорости движения проводника v.

Обычно в электри­ческих машинах α = 90°, т. е. sin α = 1, поэтому в реальных машинах выражение ЭДС ( 6.101 ) упрощается, а именно:

е = Blv (3.5 ).

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки:

если правую руку расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а отогнутый большой палец расположить по направлению движения проводника, то вытянутые пальцы покажут направление ЭДС ( от «минуса» к «плюсу» ).

Сторонняя сила – значит, не связанная с электричеством, не электромагнитная.

В данном случае сторонняя сила – это механическая сила, перемещающая провод-

ник в магнитном поле. Во вращающихся генераторах эту силу создает дизель или турби-

В 1835 г. Фарадей открыл явление самоиндукции. Он выяснил, что при замыкании или размыкании гальванического тока в самой проволоке, служащей проводником для это

го тока, возбуждаются «моментальные индуктивные токи».

Русский физик Эмиль Христофорович Ленц (1804 – 1861 гг. ) предложил правило для определения направления индукционного тока:

«Индукционный ток всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле за-

трудняет или тормозит вызывающее индукцию дви­жение.

Например, при приближении катушки к маг­ниту возникающий индукционный ток имеет такое направление, что со­зданное им магнитное поле будет противоположно магнит

ному полю магнита. В результате между катушкой и магнитом возникают силы отталкива

В то же время при удалении катушки от магнита между ними возникает сила притя

жения – магнит «не отпускает» катушку».

Почему возникает индукционный ток? Глубокое объяснение явле­ния электромаг-

нитной индукции дал английский физик Джемс Клерк Максвелл — творец законченной ма-

тематической теории электромаг­нитного поля ( см. ниже ).

Открытие электромагнитной индукции недаром относят к наиболее выдающимся открытиям XIX века — на этом явлении основана работа миллионов электродвигателей и генераторов электри­ческого тока во всем мире.

В честь Фарадея названа единица измерения ёмкости конденсатора – фарад ( не фа-