ยุคใหม่ในการพัฒนาวิทยาศาสตร์กายภาพเริ่มต้นด้วยการค้นพบอันชาญฉลาดของฟาราเดย์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า. ในการค้นพบครั้งนี้ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความสามารถของวิทยาศาสตร์ในการเสริมสร้างเทคโนโลยีด้วยแนวคิดใหม่ๆ ฟาราเดย์เองก็ได้คาดการณ์ล่วงหน้าแล้วว่ามีอยู่จริงบนพื้นฐานของการค้นพบของเขา คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า. เมื่อวันที่ 12 มีนาคม พ.ศ. 2375 พระองค์ทรงปิดผนึกซองจดหมายพร้อมข้อความว่า "มุมมองใหม่ที่จะเก็บไว้ในซองปิดผนึกในหอจดหมายเหตุของราชสมาคมในปัจจุบัน" ซองจดหมายนี้เปิดขึ้นในปี พ.ศ. 2481 ปรากฎว่าฟาราเดย์ค่อนข้างเข้าใจชัดเจนว่าการกระทำอุปนัยขยายมาจาก ความเร็วเทอร์มินัลในลักษณะคลื่น “ผมเชื่อว่าเป็นไปได้ที่จะประยุกต์ทฤษฎีการแกว่งกับการแพร่กระจายของการเหนี่ยวนำไฟฟ้า” ฟาราเดย์เขียน ในเวลาเดียวกัน เขาชี้ให้เห็นว่า “การแพร่กระจายของอิทธิพลแม่เหล็กต้องใช้เวลา กล่าวคือ เมื่อแม่เหล็กกระทำกับแม่เหล็กหรือชิ้นส่วนเหล็กที่อยู่ห่างไกลอีกอัน สาเหตุที่มีอิทธิพล (ซึ่งฉันกล้าเรียกว่าแม่เหล็ก) จะค่อยๆ แพร่กระจายจากตัวแม่เหล็กและ ต้องใช้เวลาสักระยะในการแพร่กระจายซึ่งเห็นได้ชัดว่าไม่มีนัยสำคัญมากฉันยังเชื่อว่าการเหนี่ยวนำไฟฟ้าแพร่กระจายในลักษณะเดียวกันทุกประการฉันเชื่อว่าการแพร่กระจายของแรงแม่เหล็กจากขั้วแม่เหล็กจะคล้ายกับการสั่นของพื้นผิวที่ถูกรบกวนของ น้ำหรือเพื่อ การสั่นสะเทือนของเสียงอนุภาคในอากาศ”

ฟาราเดย์เข้าใจถึงความสำคัญของแนวคิดของเขา และไม่สามารถทดสอบการทดลองได้ จึงตัดสินใจใช้ซองนี้ “เพื่อให้มั่นใจในการค้นพบด้วยตัวเขาเองและด้วยเหตุนี้จึงมีสิทธิ์ในกรณีนี้ การยืนยันการทดลองประกาศให้วันนี้เป็นวันที่ค้นพบ” ดังนั้นในวันที่ 12 มีนาคม พ.ศ. 2375 มนุษยชาติจึงได้เกิดความคิดเรื่องการดำรงอยู่เป็นครั้งแรก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านับจากวันนี้เป็นต้นไป ประวัติศาสตร์การค้นพบจะเริ่มต้นขึ้น วิทยุ.

แต่การค้นพบของฟาราเดย์มีความสำคัญไม่เพียงแต่ในประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยีเท่านั้น มันมีผลกระทบอย่างมากต่อการพัฒนาความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์ของโลก ด้วยการค้นพบนี้ วัตถุใหม่ได้เข้าสู่ฟิสิกส์ - สนามทางกายภาพดังนั้นการค้นพบของฟาราเดย์จึงเป็นของพื้นฐานเหล่านั้น การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ซึ่งทิ้งร่องรอยที่เห็นได้ชัดเจนไว้ในประวัติศาสตร์ทั้งหมดของวัฒนธรรมมนุษย์

ช่างเย็บหนังสือลูกชายของช่างตีเหล็กในลอนดอน เกิดที่ลอนดอนเมื่อวันที่ 22 กันยายน พ.ศ. 2334 อัจฉริยะที่เรียนรู้ด้วยตนเองไม่มีแม้แต่โอกาสที่จะสำเร็จการศึกษาระดับประถมศึกษาและปูทางไปสู่วิทยาศาสตร์ด้วยตัวเอง ในขณะที่เรียนเรื่องการเย็บเล่ม เขาอ่านหนังสือ โดยเฉพาะวิชาเคมี และอ่านหนังสือของตัวเอง การทดลองทางเคมี. เมื่อฟังการบรรยายในที่สาธารณะโดยนักเคมีชื่อดัง Davy ในที่สุดเขาก็มั่นใจว่าอาชีพของเขาคือวิทยาศาสตร์ และขอให้เขาจ้างเขาที่ Royal Institution ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2356 เมื่อฟาราเดย์เข้ารับการรักษาที่สถาบันในตำแหน่งผู้ช่วยห้องปฏิบัติการ จนกระทั่งเขาเสียชีวิต (25 สิงหาคม พ.ศ. 2410) เขาใช้ชีวิตด้วยวิทยาศาสตร์ เมื่อปี พ.ศ. 2364 เมื่อฟาราเดย์ได้รับการหมุนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า เขาตั้งเป้าหมายว่า "เปลี่ยนแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า" สิบปีแห่งการค้นหาและการทำงานหนักสิ้นสุดลงด้วยการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2414

“ลวดทองแดงยาวสองร้อยสามฟุตถูกพันรอบถังไม้ขนาดใหญ่ในอันเดียว ส่วนลวดเดียวกันอีกสองร้อยสามฟุตถูกหุ้มด้วยเกลียวระหว่างการหมุนครั้งแรก การที่ผิวสัมผัสของโลหะถูกกำจัดออกไปโดยวิธี เกลียวหนึ่งเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์และอีกเกลียวหนึ่งเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ชาร์จดีด้วยแผ่นสี่เหลี่ยมขนาดสี่นิ้วจำนวนหนึ่งร้อยคู่พร้อมแผ่นทองแดงสองชั้น เมื่อปิดหน้าสัมผัส มีผลชั่วคราวแต่น้อยมาก บนกัลวาโนมิเตอร์ และเกิดผลกระทบเล็กน้อยที่คล้ายกันเมื่อเปิดหน้าสัมผัสกับแบตเตอรี่" นี่คือวิธีที่ฟาราเดย์อธิบายการทดลองครั้งแรกของเขาเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำกระแส เขาเรียกว่าการเหนี่ยวนำโวลตาอิกชนิดนี้ เขายังอธิบายเพิ่มเติมถึงประสบการณ์หลักของเขากับวงแหวนเหล็กซึ่งเป็นต้นแบบของความทันสมัย หม้อแปลงไฟฟ้า

“แหวนวงหนึ่งเชื่อมจากเหล็กอ่อนชิ้นกลม ความหนาของโลหะคือเจ็ดในแปดของนิ้ว และเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของแหวนหกนิ้ว รอบส่วนหนึ่งของวงแหวนนี้มีเกลียวสามเกลียว แต่ละเกลียวมีประมาณประมาณ ลวดทองแดงยาว 24 ฟุต หนา 1/20 นิ้ว เกลียวนั้นหุ้มด้วยเหล็กและหุ้มฉนวนกัน...ยาวประมาณ 9 นิ้วตามความยาวของวงแหวน ใช้เดี่ยวๆ หรือประกอบก็ได้ กลุ่มนี้ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร ก. รอบอีกส่วนหนึ่งของวงแหวนถูกพันในลักษณะเดียวกันประมาณหกสิบฟุตด้วยลวดทองแดงเดียวกันเป็นสองชิ้นซึ่งเกิดเป็นเกลียว B มีทิศทางเดียวกันกับเกลียว A แต่ แยกออกจากปลายแต่ละด้านด้วยเหล็กเปล่าประมาณครึ่งนิ้ว

เกลียว B เชื่อมต่อด้วยสายทองแดงกับกัลวาโนมิเตอร์ซึ่งอยู่ห่างจากเหล็กสามฟุต เกลียวแต่ละอันเชื่อมต่อกันตั้งแต่ต้นจนจบจนกลายเป็นเกลียวทั่วไป ปลายของเกลียวนั้นเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่สิบคู่แผ่นสี่เหลี่ยมจัตุรัสสี่นิ้ว กัลวาโนมิเตอร์ตอบสนองทันทีและแรงกว่าที่สังเกตไว้มากดังที่อธิบายไว้ข้างต้น โดยใช้ขดลวดที่ทรงพลังกว่าสิบเท่า แต่ไม่มีเหล็ก อย่างไรก็ตาม แม้จะรักษาการติดต่อไว้ แต่การดำเนินการก็หยุดลง เมื่อเปิดหน้าสัมผัสแบตเตอรี่ ลูกศรจะเบนกลับอย่างแรงอีกครั้ง แต่ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางที่เกิดขึ้นในกรณีแรก"

ฟาราเดย์ได้ตรวจสอบอิทธิพลของเหล็กเพิ่มเติมโดยการทดลองโดยตรง โดยนำแท่งเหล็กเข้าไปในขดลวดกลวง ในกรณีนี้ "กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำมีผลอย่างมากต่อกัลวาโนมิเตอร์" ผลที่แข็งแกร่ง" "จากนั้นก็ได้รับผลที่คล้ายกันด้วยความช่วยเหลือของคนธรรมดา แม่เหล็ก" ฟาราเดย์เรียกการกระทำนี้ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า,สมมติว่าธรรมชาติของการเหนี่ยวนำโวลตาอิกและแมกนีโตอิเล็กทริกเหมือนกัน

การทดลองทั้งหมดที่อธิบายไว้ประกอบด้วยเนื้อหาของส่วนที่หนึ่งและที่สองของงานคลาสสิกของฟาราเดย์ " การศึกษาเชิงทดลองว่าด้วยไฟฟ้า” เริ่มเมื่อวันที่ 24 พฤศจิกายน พ.ศ. 2374 ในส่วนที่สามของซีรีส์นี้ “เกี่ยวกับสถานะไฟฟ้าใหม่ของสสาร” ฟาราเดย์พยายามอธิบายคุณสมบัติใหม่ของร่างกายที่ปรากฏในการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นครั้งแรก เขาเรียกสิ่งนี้ คุณสมบัติที่เขาค้นพบ "สถานะทางอิเล็กทรอนิกส์" นี่เป็นเชื้อโรคแรกของสาขาความคิดซึ่งก่อตั้งขึ้นในภายหลังโดยฟาราเดย์และกำหนดสูตรครั้งแรกอย่างแม่นยำโดย Maxwell ส่วนที่สี่ของชุดแรกอุทิศให้กับคำอธิบายของปรากฏการณ์ Arago ฟาราเดย์จำแนกประเภทได้อย่างถูกต้อง ปรากฏการณ์นี้เป็นการเหนี่ยวนำและพยายามด้วยความช่วยเหลือของปรากฏการณ์นี้“ เพื่อให้ได้แหล่งไฟฟ้าใหม่” เมื่อย้ายดิสก์ทองแดงระหว่างขั้วของแม่เหล็กเขาได้รับกระแสในกัลวาโนมิเตอร์โดยใช้หน้าสัมผัสแบบเลื่อน นี่เป็นครั้งแรก เครื่องไดนาโม.ฟาราเดย์สรุปผลการทดลองของเขาด้วยคำพูดต่อไปนี้: "แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าคงที่สามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้แม่เหล็กธรรมดา" จากการทดลองของเขาเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำในตัวนำที่กำลังเคลื่อนที่ ฟาราเดย์ได้ความสัมพันธ์ระหว่างขั้วของแม่เหล็ก ตัวนำที่กำลังเคลื่อนที่ และทิศทางของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ กล่าวคือ “กฎที่ควบคุมการผลิตไฟฟ้าผ่านการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า” จากผลการวิจัยของเขา ฟาราเดย์พบว่า "ความสามารถในการเหนี่ยวนำกระแสปรากฏเป็นวงกลมรอบแกนผลลัพธ์แม่เหล็กหรือแกนแรงในลักษณะเดียวกับที่แม่เหล็กที่อยู่รอบวงกลมเกิดขึ้นรอบๆ กระแสไฟฟ้าและปรากฏแก่เขา" * .

* (เอ็ม. ฟาราเดย์การวิจัยเชิงทดลองทางไฟฟ้า เล่ม 1 เอ็ด สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต 2490 หน้า 57)

กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระแสน้ำวนปรากฏขึ้นรอบๆ ฟลักซ์แม่เหล็กสลับ สนามไฟฟ้าเช่นเดียวกับที่สนามแม่เหล็กกระแสน้ำวนเกิดขึ้นรอบๆ กระแสไฟฟ้า ข้อเท็จจริงพื้นฐานนี้สรุปโดย Maxwell ในรูปแบบของสมการไฟฟ้าสองสมการของเขา สนามแม่เหล็ก.

ชุดที่สองของ "การวิจัย" ซึ่งเริ่มเมื่อวันที่ 12 มกราคม พ.ศ. 2375 ยังอุทิศให้กับการศึกษาปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยเฉพาะการกระทำอุปนัยของสนามแม่เหล็กโลก ฟาราเดย์อุทิศชุดที่สามซึ่งเริ่มเมื่อวันที่ 10 มกราคม พ.ศ. 2376 เพื่อพิสูจน์ตัวตน หลากหลายชนิดไฟฟ้า: ไฟฟ้าสถิต กัลวานิก สัตว์ แมกนีโตอิเล็กทริก (เช่น ได้จากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า) ฟาราเดย์ได้ข้อสรุปว่าไฟฟ้าที่ได้จากวิธีการต่างๆ นั้นมีคุณภาพเหมือนกัน ความแตกต่างในการกระทำเป็นเพียงเชิงปริมาณเท่านั้น นี่เป็นการกระทบกระเทือนครั้งสุดท้ายต่อแนวคิดเรื่อง "ของเหลว" ต่างๆ ของไฟฟ้าเรซินและแก้ว กัลวานิซึม และไฟฟ้าของสัตว์ ไฟฟ้ากลายเป็นสิ่งเดียว แต่มีเอนทิตีขั้วโลก

การวิจัยของฟาราเดย์ชุดที่ 5 ซึ่งเริ่มเมื่อวันที่ 18 มิถุนายน พ.ศ. 2376 มีความสำคัญมาก ที่นี่ ฟาราเดย์เริ่มต้นการวิจัยของเขาเกี่ยวกับอิเล็กโทรลิซิส ซึ่งนำเขาไปสู่การสถาปนากฎหมายอันโด่งดังซึ่งเป็นชื่อของเขา การศึกษาเหล่านี้ดำเนินต่อไปในชุดที่ 7 ซึ่งเริ่มในวันที่ 9 มกราคม พ.ศ. 2377 ในชุดสุดท้ายนี้ ฟาราเดย์เสนอคำศัพท์ใหม่: เขาเสนอให้เรียกขั้วที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรด,เรียกขั้วไฟฟ้าบวก ขั้วบวก,และเชิงลบ - แคโทด,อนุภาคของสารที่สะสมไปยังขั้วบวกที่เขาเรียกว่า แอนไอออน,และอนุภาคที่ไปยังแคโทดก็คือ ไพเพอร์. นอกจากนี้เขายังเป็นเจ้าของข้อกำหนด อิเล็กโทรไลต์สำหรับสารที่ย่อยสลายได้ ไอออนและ เทียบเท่าเคมีไฟฟ้าคำศัพท์ทั้งหมดนี้ได้รับการกำหนดไว้อย่างมั่นคงในทางวิทยาศาสตร์ ฟาราเดย์ได้ข้อสรุปที่ถูกต้องจากกฎที่เขาพบว่าเราสามารถพูดถึงบางอย่างได้ ปริมาณสัมบูรณ์ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับอะตอมของสสารธรรมดา “แม้ว่าเราจะไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับอะตอม” ฟาราเดย์เขียน “เราจินตนาการถึงอนุภาคเล็กๆ บางอย่างที่ปรากฏขึ้นในใจของเราโดยไม่ได้ตั้งใจเมื่อเราคิดถึงมัน อย่างไรก็ตาม ด้วยความไม่รู้ที่เหมือนกันหรือยิ่งกว่านั้น เราก็มีความสัมพันธ์กับไฟฟ้า เราก็ ไม่สามารถบอกได้ว่าเป็นเรื่องพิเศษหรือเรื่องธรรมดาหรือเป็นเพียงการเคลื่อนตัวของเรื่องธรรมดาหรือแรงหรือตัวแทนประเภทอื่น ๆ ก็ตาม แต่ก็มี เป็นจำนวนมากข้อเท็จจริงที่ทำให้เราคิดว่าอะตอมของสสารมีหรือเกี่ยวข้องกับแรงไฟฟ้าในทางใดทางหนึ่ง และสิ่งเหล่านี้ก็มีคุณสมบัติที่น่าทึ่งที่สุด รวมถึงความสัมพันธ์ทางเคมีซึ่งกันและกันด้วย”

* (เอ็ม. ฟาราเดย์การวิจัยเชิงทดลองทางไฟฟ้า เล่ม 1 เอ็ด สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต 2490 หน้า 335)

ดังนั้นฟาราเดย์จึงแสดงความคิดเรื่อง "การใช้พลังงานไฟฟ้า" ของสสารอย่างชัดเจน โครงสร้างอะตอมไฟฟ้า และอะตอมของไฟฟ้า หรือตามที่ฟาราเดย์กล่าวไว้ "ปริมาณสัมบูรณ์ของไฟฟ้า" กลายเป็นว่า “เช่นเดียวกับการกระทำอันแน่นอนเหมือนอย่างใดอย่างหนึ่ง ปริมาณเหล่านั้นซึ่งยังคงเชื่อมโยงกับอนุภาคของสสาร ความสัมพันธ์ทางเคมี"ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น ดังรูป การพัฒนาต่อไปฟิสิกส์สามารถกำหนดได้จากกฎของฟาราเดย์จริงๆ

ชุดที่เก้าของการศึกษาของฟาราเดย์มีความสำคัญมาก ซีรีส์นี้เริ่มเมื่อวันที่ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2377 เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเอง โดยมีกระแสการปิดและเปิดเพิ่มขึ้นเป็นพิเศษ ฟาราเดย์ชี้ให้เห็นเมื่ออธิบายปรากฏการณ์เหล่านี้ว่าถึงแม้จะมีคุณสมบัติก็ตาม ความเฉื่อย,อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำตัวเองนั้นแตกต่างจากความเฉื่อยเชิงกลโดยที่พวกมันขึ้นอยู่กับ แบบฟอร์มตัวนำ ฟาราเดย์ตั้งข้อสังเกตว่า "สารสกัดเหมือนกันกับ ... กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ" * เป็นผลให้ฟาราเดย์พัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับความสำคัญที่กว้างมากของกระบวนการเหนี่ยวนำ. ในการศึกษาชุดที่ 11 ซึ่งเริ่มเมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน พ.ศ. 2380 เขากล่าวว่า "การเหนี่ยวนำมีบทบาทโดยทั่วไปมากที่สุดในปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าทั้งหมด โดยเห็นได้ชัดว่ามีส่วนร่วมในแต่ละปรากฏการณ์ และในความเป็นจริง มีลักษณะเฉพาะของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเบื้องต้นและจำเป็น หลักการ" ** . โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตามข้อมูลของฟาราเดย์ ทุกกระบวนการชาร์จเป็นกระบวนการเหนี่ยวนำ ชดเชยประจุตรงข้าม: “ประจุสารไม่สามารถถูกประจุได้อย่างแน่นอน แต่เพียงค่อนข้างจะเท่านั้น ตามกฎหมายเหมือนกับการเหนี่ยวนำ ทุกประจุรองรับด้วยการเหนี่ยวนำ ปรากฏการณ์ทั้งหมด แรงดันไฟฟ้ารวมถึงจุดเริ่มต้นของการเหนี่ยวนำ" *** ความหมายของข้อความเหล่านี้โดยฟาราเดย์คือสนามไฟฟ้าใดๆ ("ปรากฏการณ์แรงดันไฟฟ้า" - ในศัพท์เฉพาะของฟาราเดย์) จำเป็นต้องมาพร้อมกับกระบวนการเหนี่ยวนำในตัวกลาง ("การกระจัด" - ในภายหลังของแมกซ์เวลล์ คำศัพท์) กระบวนการนี้ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของตัวกลาง ซึ่งก็คือ "ความสามารถเชิงเหนี่ยวนำ" ของมัน ในคำศัพท์ของฟาราเดย์ หรือ "ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก" ในคำศัพท์สมัยใหม่ การทดลองของฟาราเดย์กับตัวเก็บประจุทรงกลมกำหนดค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของสารจำนวนหนึ่งด้วย เคารพในอากาศ การทดลองเหล่านี้เสริมสร้างความคิดของฟาราเดย์เกี่ยวกับบทบาทสำคัญของตัวกลางในกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้า

* (เอ็ม. ฟาราเดย์การวิจัยเชิงทดลองทางไฟฟ้า เล่ม 1 เอ็ด สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต 2490 หน้า 445)

** (เอ็ม. ฟาราเดย์การวิจัยเชิงทดลองทางไฟฟ้า เล่ม 1 เอ็ด สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต 2490 หน้า 478)

*** (เอ็ม. ฟาราเดย์การวิจัยเชิงทดลองทางไฟฟ้า เล่ม 1 เอ็ด สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต 2490 หน้า 487)

กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการพัฒนาอย่างมีนัยสำคัญโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียของสถาบันเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เอมิลี คริสเตียนโนวิช เลนต์ซ(1804-1865) เมื่อวันที่ 29 พฤศจิกายน พ.ศ. 2376 Lenz รายงานผลงานวิจัยของเขาต่อ Academy of Sciences เรื่อง "การกำหนดทิศทางของกระแสกัลวานิกที่ตื่นเต้นโดยการเหนี่ยวนำไฟฟ้าพลศาสตร์" Lenz แสดงให้เห็นว่าการเหนี่ยวนำแมกนีโตอิเล็กทริกของฟาราเดย์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้าของแอมแปร์ “ตำแหน่งที่ปรากฏการณ์แมกนีโตอิเล็กทริกลดลงเป็นปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้ามีดังนี้: ถ้าตัวนำโลหะเคลื่อนที่ใกล้กับกระแสกัลวานิกหรือแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้ากัลวานิกจะตื่นเต้นไปในทิศทางนั้นถ้าตัวนำอยู่กับที่ กระแสไฟฟ้าอาจทำให้มันเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม สันนิษฐานว่าตัวนำที่อยู่นิ่งสามารถเคลื่อนที่ได้เฉพาะในทิศทางการเคลื่อนที่หรือในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น" *

* (อี.เอช. เลนซ์,ผลงานที่เลือก, เอ็ด. Academy of Sciences แห่งสหภาพโซเวียต, 2493, หน้า 148-149)

หลักการของ Lenz นี้เผยให้เห็นพลังของกระบวนการเหนี่ยวนำและมีบทบาทสำคัญในงานของ Helmholtz ในการสร้างกฎการอนุรักษ์พลังงาน Lenz เองได้มาจากกฎของเขาซึ่งเป็นหลักการที่รู้จักกันดีในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าของการพลิกกลับของเครื่องแม่เหล็กไฟฟ้า: ถ้าคุณหมุนขดลวดระหว่างขั้วของแม่เหล็กมันจะสร้างกระแส ตรงกันข้ามถ้ามีกระแสไหลเข้ามาก็จะหมุน มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและในทางกลับกัน ในขณะที่ศึกษาการกระทำของเครื่องแมกนีโตอิเล็กทริก Lenz ค้นพบปฏิกิริยาของกระดองในปี พ.ศ. 2390

ในปี พ.ศ. 2385-2386 Lenz ได้สร้างการศึกษาคลาสสิกเรื่อง "กฎการปล่อยความร้อนโดยกระแสไฟฟ้ากัลวานิก" (รายงานเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2385 ตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2386) ซึ่งเขาเริ่มมานานก่อนการทดลองที่คล้ายกันของจูล (รายงานของจูลปรากฏในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2384) และทำต่อโดยเขาแม้จะ สิ่งพิมพ์ Joule "เนื่องจากการทดลองครั้งหลังอาจพบกับข้อโต้แย้งที่สมเหตุสมผลดังที่ได้แสดงโดยเพื่อนร่วมงานของเรา Mr. Academician Hess" * Lenz วัดขนาดของกระแสโดยใช้เข็มทิศแทนเจนต์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่คิดค้นโดยศาสตราจารย์ Johann Nervander (1805-1848) ของ Helsingfors และในส่วนแรกของข้อความของเขาจะตรวจสอบอุปกรณ์นี้ ในส่วนที่สอง “การปลดปล่อยความร้อนในสายไฟ” รายงานเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม พ.ศ. 2386 เขามาถึงกฎอันโด่งดังของเขา:

"
1. การทำความร้อนลวดด้วยกระแสไฟฟ้ากัลวานิกจะแปรผันตามความต้านทานของลวด
2. การทำความร้อนลวดด้วยกระแสไฟฟ้ากัลวานิกจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสไฟฟ้าที่ใช้ทำความร้อน"**

* (อี.เอช. เลนซ์,ผลงานที่เลือก, เอ็ด. สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต 2493 หน้า 361)

** (อี.เอช. เลนซ์,ผลงานที่เลือก, เอ็ด. สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต 2493 หน้า 441)

กฎหมาย Joule-Lenz มีบทบาทสำคัญในการกำหนดกฎการอนุรักษ์พลังงาน การพัฒนาวิทยาศาสตร์ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กทั้งหมดนำไปสู่แนวคิดเรื่องความสามัคคีของพลังแห่งธรรมชาติไปจนถึงแนวคิดในการรักษา "พลัง" เหล่านี้

เกือบจะพร้อมกันกับฟาราเดย์ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันสังเกตเห็นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า โจเซฟ เฮนรี่(พ.ศ. 2340-2421) เฮนรีสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ (ค.ศ. 1828) ซึ่งใช้พลังงานจากเซลล์กัลวานิกความต้านทานต่ำ ซึ่งรับน้ำหนักได้ 2,000 ปอนด์ ฟาราเดย์กล่าวถึงแม่เหล็กไฟฟ้านี้และชี้ให้เห็นว่าด้วยความช่วยเหลือของมัน คุณจะเกิดประกายไฟที่รุนแรงเมื่อเปิดออก

เฮนรีเป็นคนแรกที่สังเกตเห็นปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง (พ.ศ. 2375) และลำดับความสำคัญของเขาถูกทำเครื่องหมายด้วยชื่อของหน่วยการเหนี่ยวนำตนเอง "เฮนรี่"

ในปี ค.ศ. 1842 พระเจ้าเฮนรีทรงสถาปนาขึ้น ลักษณะการสั่นประเภทโถเลย์เดน เข็มแก้วบางๆ ที่เขาใช้ศึกษาปรากฏการณ์นี้ถูกแม่เหล็กที่มีขั้วต่างกัน ในขณะที่ทิศทางของการปล่อยยังคงไม่เปลี่ยนแปลง “ การปลดปล่อยไม่ว่าจะเป็นธรรมชาติใดก็ตาม” เฮนรี่สรุป“ ดูเหมือน (โดยใช้ทฤษฎีของแฟรงคลิน - P.K.) ดูเหมือนจะไม่ใช่การถ่ายโอนของเหลวไร้น้ำหนักเพียงครั้งเดียวจากจานหนึ่งไปยังอีกจานหนึ่ง ปรากฏการณ์ที่ค้นพบบังคับให้เราถือว่าการดำรงอยู่ของของเหลวหลัก ปล่อยไปในทิศทางเดียว แล้วเคลื่อนไหวแปลก ๆ ไปมาหลายครั้ง แต่ละครั้งอ่อนแรงกว่าครั้งก่อน ดำเนินต่อไปจนกระทั่งถึงจุดสมดุล”

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำกำลังกลายเป็นหัวข้อสำคัญในการวิจัยทางกายภาพ ในปี ค.ศ. 1845 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ฟรานซ์ นอยมันน์(พ.ศ. 2341-2438) ได้ให้นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ กฎของการเหนี่ยวนำ, สรุปงานวิจัยของฟาราเดย์และเลนซ์

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำถูกแสดงโดยนอยมันน์ในรูปแบบของอนุพันธ์ของเวลาของฟังก์ชันบางอย่างที่เหนี่ยวนำกระแสและการกำหนดค่าร่วมกันของกระแสที่มีปฏิสัมพันธ์ นอยมันน์เรียกฟังก์ชันนี้ ศักยภาพทางไฟฟ้าไดนามิกนอกจากนี้เขายังพบการแสดงออกของสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน ในบทความของเขาเรื่อง "On the Conservation of Force" ในปี 1847 เฮล์มโฮลทซ์ได้รับการแสดงออกของนอยมันน์ในเรื่องกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจากการพิจารณาด้านพลังงาน ในงานเดียวกัน เฮล์มโฮลทซ์กล่าวว่าการปล่อยประจุของตัวเก็บประจุ "ไม่ใช่... การเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าอย่างง่าย ๆ ในทิศทางเดียว แต่... การไหลของกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียวหรืออีกทางหนึ่งระหว่างแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นในรูปแบบของการแกว่งที่กลายเป็น เล็กลงเรื่อยๆ น้อยลง จนหมดในที่สุด กำลังคนจะไม่ถูกทำลายด้วยผลรวมของการต่อต้าน"

ในปี ค.ศ. 1853 วิลเลียม ทอมสัน(พ.ศ. 2367-2450) ได้ให้ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับการคายประจุแบบสั่นของตัวเก็บประจุและกำหนดระยะเวลาการสั่นของพารามิเตอร์ วงจรการสั่น(สูตรทอมสัน).

ในปี พ.ศ. 2401 พี. เบลเซอร์นา(พ.ศ. 2379-2461) ทดลองบันทึกกราฟเรโซแนนซ์ของการสั่นทางไฟฟ้า โดยศึกษาผลของวงจรเหนี่ยวนำการคายประจุที่มีตัวเก็บประจุและตัวนำที่เชื่อมต่อเข้ากับวงจรด้านข้าง โดยมีความยาวแปรผันของตัวนำเหนี่ยวนำได้ นอกจากนี้ในปี 1858 วิลเฮล์ม เฟดเดอร์เซ่น(พ.ศ. 2375-2461) สังเกตการปล่อยประกายไฟของขวดเลย์เดนในกระจกหมุนได้ และในปี พ.ศ. 2405 เขาได้ถ่ายภาพการปล่อยประกายไฟในกระจกหมุนได้ ดังนั้นลักษณะการแกว่งของการปลดปล่อยจึงถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน ในเวลาเดียวกัน สูตรของทอมสันได้รับการทดสอบเชิงทดลอง ดังนั้นทีละขั้นตอนหลักคำสอนของ การสั่นสะเทือนทางไฟฟ้า,เป็นรากฐานทางวิทยาศาสตร์ของวิศวกรรมไฟฟ้ากระแสสลับและวิศวกรรมวิทยุ

หัวข้อบทเรียน:

การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก.

เป้า: เพื่อให้ผู้เรียนคุ้นเคยกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ในระหว่างเรียน

I. ช่วงเวลาขององค์กร

ครั้งที่สอง อัพเดทความรู้.

1. การสำรวจหน้าผาก

• สมมติฐานของแอมแปร์คืออะไร?
• การซึมผ่านของแม่เหล็กคืออะไร?
• สารใดที่เรียกว่าพารา- และไดอะแมกเนติก
• เฟอร์ไรต์คืออะไร?
• เฟอร์ไรต์ใช้ที่ไหน?
• เราจะรู้ได้อย่างไรว่ามีสนามแม่เหล็กรอบโลก?
• ขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ของโลกอยู่ที่ไหน?
• กระบวนการใดเกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กของโลก?
• สาเหตุของการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กใกล้โลกคืออะไร?

2. การวิเคราะห์การทดลอง

การทดลองที่ 1

เข็มแม่เหล็กบนขาตั้งถูกนำไปที่ด้านล่างและจากนั้นไปที่ปลายด้านบนของขาตั้งกล้อง ทำไมลูกศรจึงหันไปที่ปลายล่างของขาตั้งทั้งสองด้าน? ขั้วโลกใต้และถึงปลายบน - สุดทางเหนือ?(วัตถุเหล็กทั้งหมดอยู่ในสนามแม่เหล็กของโลก ภายใต้อิทธิพลของสนามนี้ วัตถุเหล่านั้นจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก โดยส่วนล่างของวัตถุตรวจจับขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ และส่วนบนตรวจจับทิศใต้)

การทดลองที่ 2

ในปลั๊กไม้ก๊อกขนาดใหญ่ ให้ทำร่องเล็กๆ สำหรับลวดเส้นหนึ่ง วางจุกไว้ในน้ำแล้ววางลวดไว้ด้านบนโดยวางขนานกัน ในกรณีนี้สายไฟพร้อมกับปลั๊กจะหมุนและติดตั้งตามแนวเส้นลมปราณ ทำไม(ลวดถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและติดตั้งอยู่ในสนามโลกเหมือนเข็มแม่เหล็ก)

สาม. การเรียนรู้เนื้อหาใหม่

ระหว่างการเคลื่อนย้าย ค่าไฟฟ้าแรงแม่เหล็กทำหน้าที่ ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กอธิบายไว้ตามแนวคิดของสนามแม่เหล็กที่มีอยู่รอบ ๆ ประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นจากแหล่งกำเนิดเดียวกัน - ประจุไฟฟ้า สันนิษฐานได้ว่ามีความเชื่อมโยงระหว่างกัน

ในปีพ.ศ. 2374 เอ็ม. ฟาราเดย์ยืนยันการทดลองนี้ เขาค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (สไลด์ 1,2)

การทดลองที่ 1

เราเชื่อมต่อกัลวาโนมิเตอร์เข้ากับขดลวดและเราจะขยายแม่เหล็กถาวรออกไป เราสังเกตการโก่งตัวของเข็มกัลวาโนมิเตอร์ซึ่งมีกระแส (การเหนี่ยวนำ) ปรากฏขึ้น (สไลด์ 3)

กระแสไฟฟ้าในตัวนำเกิดขึ้นเมื่อตัวนำอยู่ในพื้นที่กระทำของสนามแม่เหล็กสลับ (สไลด์ 4-7)

ฟาราเดย์เป็นตัวแทนของสนามแม่เหล็กสลับเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในจำนวนเส้นแรงที่ทะลุผ่านพื้นผิวที่ถูกจำกัดด้วยเส้นขอบที่กำหนด จำนวนนี้ขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำใน สนามแม่เหล็กจากบริเวณวงจรส และการวางแนวในสาขาที่กำหนด

Ф=BS เพราะ - สนามแม่เหล็ก.

F [Wb] เวเบอร์ (สไลด์ 8)

กระแสเหนี่ยวนำอาจมีทิศทางที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรลดลงหรือเพิ่มขึ้น กฎในการกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำถูกกำหนดขึ้นในปี พ.ศ. 2376 อี. เอ็กซ์. เลนท์ซ.

การทดลองที่ 2

เราเลื่อนแม่เหล็กถาวรเข้าไปในวงแหวนอะลูมิเนียมน้ำหนักเบา วงแหวนถูกผลักออกจากวงแหวน และเมื่อยืดออก วงแหวนจะดึงดูดแม่เหล็ก

ผลลัพธ์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขั้วของแม่เหล็ก แรงผลักและแรงดึงดูดอธิบายได้จากการปรากฏตัวของกระแสเหนี่ยวนำในนั้น

เมื่อแม่เหล็กถูกผลักเข้าไป ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงแหวนจะเพิ่มขึ้น: การผลักของวงแหวนแสดงให้เห็นว่ากระแสเหนี่ยวนำในนั้นมีทิศทางที่เวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กอยู่ตรงข้ามในทิศทางกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอก สนามแม่เหล็ก.

กฎของ Lenz:

กระแสเหนี่ยวนำมักจะมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำที่ปรากฏ(สไลด์ 9)

IV. การดำเนินงานห้องปฏิบัติการ

งานห้องปฏิบัติการในหัวข้อ “การตรวจสอบการทดลองกฎของ Lenz”

อุปกรณ์และวัสดุ:มิลลิแอมมิเตอร์ ขดลวด-ขดลวด แม่เหล็กรูปโค้ง

ความคืบหน้า

1. เตรียมโต๊ะ.

หลังจากการค้นพบเออร์สเตดและแอมแปร์ ก็ชัดเจนว่าไฟฟ้ามีแรงแม่เหล็ก ตอนนี้จำเป็นต้องยืนยันอิทธิพลของปรากฏการณ์แม่เหล็กที่มีต่อปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า ฟาราเดย์แก้ไขปัญหานี้ได้อย่างยอดเยี่ยม

Michael Faraday (1791-1867) เกิดที่ลอนดอน ในพื้นที่ที่ยากจนที่สุดแห่งหนึ่ง พ่อของเขาเป็นช่างตีเหล็ก และแม่ของเขาเป็นลูกสาวของชาวนาผู้เช่า เมื่อฟาราเดย์มาถึง วัยเรียนเขาถูกส่งไปโรงเรียนประถม หลักสูตรที่ฟาราเดย์เรียนที่นี่แคบมากและจำกัดเฉพาะการเรียนรู้การอ่าน เขียน และเริ่มนับเท่านั้น

เพียงไม่กี่ก้าวจากบ้านที่ครอบครัวฟาราเดย์อาศัยอยู่ ก็มีร้านหนังสือซึ่งเป็นร้านเย็บเล่มด้วย นี่คือจุดที่ฟาราเดย์จบลงหลังจากจบหลักสูตร โรงเรียนประถมเมื่อมีคำถามเกิดขึ้นเกี่ยวกับการเลือกอาชีพให้เขา ไมเคิลมีอายุเพียง 13 ปีในเวลานี้

เมื่อฟาราเดย์ยังเป็นวัยรุ่น เมื่อฟาราเดย์เพิ่งเริ่มการศึกษาด้วยตนเอง เขาพยายามพึ่งพาข้อเท็จจริงเพียงอย่างเดียวและยืนยันข้อความของผู้อื่นด้วยประสบการณ์ของเขาเอง แรงบันดาลใจเหล่านี้ครอบงำเขามาตลอดชีวิตโดยเป็นคุณสมบัติหลักของเขา กิจกรรมทางวิทยาศาสตร์

ฟาราเดย์เริ่มทำการทดลองทางกายภาพและเคมีตั้งแต่ยังเป็นเด็กเมื่อได้รู้จักฟิสิกส์และเคมีเป็นครั้งแรก วันหนึ่ง Michael เข้าร่วมการบรรยายของ Humphry Davy นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ ฟาราเดย์จดบันทึกการบรรยายอย่างละเอียด ผูกมัด และส่งไปให้เดวี่ เขาประทับใจมากจนได้เชิญฟาราเดย์มาทำงานเป็นเลขานุการด้วย ในไม่ช้าเดวี่ก็เดินทางไปยุโรปและพาฟาราเดย์ไปด้วย ตลอดระยะเวลาสองปี พวกเขาได้เยี่ยมชมมหาวิทยาลัยที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป

เมื่อกลับมาลอนดอนในปี พ.ศ. 2358 ฟาราเดย์เริ่มทำงานเป็นผู้ช่วยในห้องปฏิบัติการแห่งหนึ่งของ Royal Institution ในลอนดอน ในเวลานั้นมันเป็นห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ที่ดีที่สุดแห่งหนึ่งของโลก ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2359 ถึง พ.ศ. 2361 ฟาราเดย์ได้ตีพิมพ์บันทึกย่อและบันทึกความทรงจำสั้น ๆ เกี่ยวกับเคมีจำนวนหนึ่ง งานฟิสิกส์ชิ้นแรกของฟาราเดย์มีอายุย้อนไปถึงปี 1818

จากประสบการณ์ของผู้รุ่นก่อนและผสมผสานประสบการณ์หลายประการของเขาเอง ภายในเดือนกันยายน พ.ศ. 2364 ไมเคิลได้ตีพิมพ์ "The History of the Advances of Electromagnetism" ในเวลานี้เขาได้สร้างแนวคิดที่ถูกต้องอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับสาระสำคัญของปรากฏการณ์การโก่งตัวของเข็มแม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของกระแส หลังจากประสบความสำเร็จ ฟาราเดย์จึงลาออกจากการศึกษาสาขาไฟฟ้าเป็นเวลาสิบปี โดยอุทิศตนให้กับการศึกษาวิชาต่างๆ มากมาย

ในปี พ.ศ. 2366 ฟาราเดย์ได้ค้นพบที่สำคัญที่สุดครั้งหนึ่งในสาขาฟิสิกส์ เขาเป็นคนแรกที่ทำให้ก๊าซกลายเป็นของเหลว และในขณะเดียวกันก็ได้สร้างวิธีการง่ายๆ แต่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนก๊าซให้เป็นของเหลว

ในปี ค.ศ. 1824 ฟาราเดย์ได้ค้นพบหลายอย่างในสาขาฟิสิกส์ เหนือสิ่งอื่นใด เขาได้กำหนดความจริงที่ว่าแสงส่งผลต่อสีของกระจกและเปลี่ยนมัน

ในปีต่อมา ฟาราเดย์เปลี่ยนจากฟิสิกส์มาเป็นเคมีอีกครั้ง และผลงานของเขาในด้านนี้คือการค้นพบน้ำมันเบนซินและกรดซัลเฟอร์-แนพทาลีน

ในปี ค.ศ. 1831 ฟาราเดย์ตีพิมพ์บทความเรื่อง "ภาพลวงตาชนิดพิเศษ" ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับโปรเจกไทล์เชิงแสงที่ยอดเยี่ยมและน่าสงสัยที่เรียกว่า "โครโมโทรป" ในปีเดียวกันนั้นเอง มีการตีพิมพ์บทความอีกชิ้นหนึ่งของนักวิทยาศาสตร์เรื่อง "On Vibrating Plates"

ผลงานเหล่านี้หลายชิ้นสามารถทำให้ชื่อของผู้แต่งเป็นอมตะได้ แต่ที่สำคัญที่สุดคือ งานทางวิทยาศาสตร์การวิจัยของฟาราเดย์อยู่ในสาขาแม่เหล็กไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำไฟฟ้า พูดอย่างเคร่งครัด สาขาวิชาฟิสิกส์ที่สำคัญที่ปฏิบัติต่อปรากฏการณ์ของแม่เหล็กไฟฟ้าและไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และซึ่งปัจจุบันมีความสำคัญอย่างมากสำหรับเทคโนโลยี ถูกสร้างขึ้นโดยฟาราเดย์จากความว่างเปล่า

เมื่อฟาราเดย์อุทิศตนให้กับการวิจัยในสาขาไฟฟ้าในที่สุด ก็เป็นที่ยอมรับว่าภายใต้สภาวะปกติ การมีอยู่ของวัตถุที่ถูกไฟฟ้าก็เพียงพอแล้วสำหรับอิทธิพลของมันที่จะกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในวัตถุอื่น

ในเวลาเดียวกันเป็นที่ทราบกันดีว่าสายไฟที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านและเป็นตัวแทนของร่างกายที่ถูกไฟฟ้าไม่มีผลกระทบต่อสายไฟอื่นที่อยู่ใกล้เคียง อะไรทำให้เกิดข้อยกเว้นนี้ นี่คือคำถามที่ฟาราเดย์สนใจและวิธีแก้ปัญหาที่ทำให้เขาค้นพบสิ่งที่สำคัญที่สุดในสาขาไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ตามธรรมเนียมของเขา ฟาราเดย์เริ่มชุดการทดลองที่ออกแบบมาเพื่อชี้แจงสาระสำคัญของเรื่อง ฟาราเดย์พันสายไฟหุ้มฉนวนสองเส้นขนานกันบนหมุดไม้อันเดียวกัน เขาเชื่อมต่อปลายสายไฟด้านหนึ่งเข้ากับแบตเตอรี่สิบเซลล์ และปลายอีกด้านหนึ่งเข้ากับกัลวาโนมิเตอร์ที่ละเอียดอ่อน เมื่อกระแสไหลผ่านสายแรก ฟาราเดย์หันความสนใจไปที่กัลวาโนมิเตอร์ โดยคาดว่าจะสังเกตเห็นลักษณะของกระแสในสายที่สองจากการสั่น อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรเกิดขึ้น กัลวาโนมิเตอร์ยังคงสงบ ฟาราเดย์ตัดสินใจที่จะเพิ่มความแรงของกระแสและนำองค์ประกอบกัลวานิก 120 ตัวเข้าสู่วงจร ผลลัพธ์ก็เหมือนกัน ฟาราเดย์ทำการทดลองนี้ซ้ำหลายสิบครั้งและยังคงประสบความสำเร็จเหมือนเดิม ใครก็ตามที่อยู่ในตำแหน่งของเขาคงจะออกจากการทดลองไปแล้ว โดยเชื่อว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเส้นลวดไม่มีผลกระทบต่อเส้นลวดข้างเคียง แต่ฟาราเดย์พยายามดึงทุกสิ่งที่พวกเขาสามารถให้ได้มาจากการทดลองของเขาและสังเกตอยู่เสมอ ดังนั้นเมื่อไม่ได้รับผลโดยตรงต่อสายไฟที่เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ เขาจึงเริ่มมองหาผลข้างเคียง

เขาสังเกตเห็นทันทีว่ากัลวาโนมิเตอร์ซึ่งยังคงสงบนิ่งตลอดการไหลของกระแสไฟฟ้า เริ่มสั่นเมื่อวงจรถูกปิดและเมื่อถูกเปิด ปรากฎว่าในขณะที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายแรกและเมื่อการส่งสัญญาณนี้หยุดลงกระแสไฟฟ้าก็ตื่นเต้นในสายที่สองด้วยซึ่งในกรณีแรกจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสแรกและเหมือนกัน กับมันในกรณีที่สองและคงอยู่เพียงชั่วครู่เดียวเท่านั้น กระแสกระแสทุติยภูมิทุติยภูมิที่เกิดจากอิทธิพลของกระแสปฐมภูมิถูกเรียกว่าอุปนัยโดยฟาราเดย์และชื่อนี้ยังคงอยู่กับพวกเขาจนถึงทุกวันนี้

กระแสเหนี่ยวนำจะไม่มีความสำคัญในทางปฏิบัติหากฟาราเดย์ไม่พบวิธี โดยอาศัยอุปกรณ์อันชาญฉลาด (ตัวสับเปลี่ยน) คอยขัดขวางและนำกระแสปฐมภูมิที่มาจากแบตเตอรี่อีกครั้งโดยฉับพลันและหายไปทันทีหลังจากการปรากฏตัว สายแรกต้องขอบคุณสายที่สองที่ตื่นเต้นอย่างต่อเนื่องโดยกระแสอุปนัยใหม่ ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ จึงคงที่ จึงได้ค้นพบแหล่งใหม่ พลังงานไฟฟ้านอกเหนือจากที่รู้จักก่อนหน้านี้ (แรงเสียดทานและกระบวนการทางเคมี) - การเหนี่ยวนำและพลังงานชนิดใหม่ - กระแสไฟฟ้าอุปนัย

จากการทดลองต่อเนื่อง ฟาราเดย์ค้นพบเพิ่มเติมว่าเพียงแค่นำลวดบิดเป็นเส้นโค้งปิดใกล้กับอีกเส้นหนึ่งซึ่งมีกระแสกัลวานิกไหลผ่าน ก็เพียงพอแล้วที่จะกระตุ้นกระแสอุปนัยในเส้นลวดที่เป็นกลางในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสกัลวานิก และการกำจัด ลวดที่เป็นกลางจะกระตุ้นกระแสอุปนัยในนั้นอีกครั้งกระแสอยู่ในทิศทางเดียวกับกระแสกัลวานิกที่ไหลไปตามลวดที่อยู่นิ่งและในที่สุดกระแสอุปนัยเหล่านี้จะตื่นเต้นเฉพาะในระหว่างการเข้าใกล้และการถอดสายไฟไปยังตัวนำ ของกระแสกัลวานิก และหากไม่มีการเคลื่อนที่เช่นนี้ กระแสจะไม่ถูกตื่นเต้น ไม่ว่าสายไฟจะอยู่ใกล้กันแค่ไหนก็ตาม ดังนั้นจึงมีการค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ ซึ่งคล้ายกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำที่อธิบายไว้ข้างต้นเมื่อกระแสกัลวานิกปิดและหยุดลง

การค้นพบเหล่านี้ก็ก่อให้เกิดสิ่งใหม่ๆ หากเป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำโดยการลัดวงจรและหยุดกระแสไฟฟ้ากัลวานิก เหล็กจะทำให้แม่เหล็กและเหล็กล้างอำนาจแม่เหล็กได้รับผลลัพธ์เดียวกันหรือไม่ งานของเออร์สเตดและแอมแปร์ได้สร้างความสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กและไฟฟ้าแล้ว เป็นที่ทราบกันดีว่าเหล็กกลายเป็นแม่เหล็กเมื่อมีลวดหุ้มฉนวนพันอยู่รอบๆ และกระแสกัลวานิกไหลผ่านส่วนหลัง และนั่น คุณสมบัติทางแม่เหล็กของเหล็กนี้จะหยุดทันทีที่กระแสหยุด จากสิ่งนี้ ฟาราเดย์จึงเกิดการทดลองประเภทนี้ขึ้น โดยมีสายไฟหุ้มฉนวนสองเส้นพันรอบวงแหวนเหล็ก โดยมีลวดเส้นหนึ่งพันรอบวงแหวนครึ่งหนึ่ง และอีกเส้นหนึ่งพันรอบอีกวงหนึ่ง

กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่กัลวานิกถูกส่งผ่านสายไฟเส้นหนึ่ง และปลายอีกเส้นหนึ่งเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ ดังนั้น เมื่อกระแสปิดหรือหยุด และเป็นผลให้วงแหวนเหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็กหรือล้างอำนาจแม่เหล็ก เข็มกัลวาโนมิเตอร์จะแกว่งอย่างรวดเร็วแล้วหยุดอย่างรวดเร็ว นั่นคือ กระแสอุปนัยทันทีเดียวกันนั้นถูกตื่นเต้นในเส้นลวดที่เป็นกลาง - คราวนี้: อยู่ภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็กแล้ว ดังนั้น นี่เป็นครั้งแรกที่แม่เหล็กถูกแปลงเป็นไฟฟ้า

เมื่อได้รับผลลัพธ์เหล่านี้ ฟาราเดย์จึงตัดสินใจกระจายการทดลองของเขา แทนที่จะใช้แหวนเหล็ก เขาเริ่มใช้แถบเหล็ก แทนที่จะดึงดูดแม่เหล็กที่น่าตื่นเต้นในเหล็กด้วยกระแสกัลวานิก เขากลับทำให้เหล็กกลายเป็นแม่เหล็กโดยการสัมผัสกับแม่เหล็กเหล็กถาวร ผลลัพธ์ก็เหมือนเดิม: ใช้ลวดพันรอบเหล็กเสมอ! กระแสน้ำกำลังตื่นเต้นในช่วงเวลาของการดึงดูดและการล้างอำนาจแม่เหล็กของเหล็ก จากนั้นฟาราเดย์ได้นำแม่เหล็กเหล็กเข้าไปในเกลียวลวด - การเข้าใกล้และการถอดแม่เหล็กอย่างหลังทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำในเส้นลวด กล่าวอีกนัยหนึ่ง แม่เหล็กในความหมายของกระแสเหนี่ยวนำที่น่าตื่นเต้นนั้นทำหน้าที่ในลักษณะเดียวกับกระแสไฟฟ้ากัลวานิกทุกประการ

ในเวลานั้น นักฟิสิกส์มีความสนใจอย่างมากต่อปรากฏการณ์ลึกลับอย่างหนึ่ง ซึ่งค้นพบในปี 1824 โดย Arago และไม่สามารถอธิบายได้ แม้ว่า; ความจริงที่ว่าคำอธิบายนี้ได้รับการแสวงหาอย่างเข้มข้นจากนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นในยุคนั้น เช่น Arago เอง, Ampère, Poisson, Babage และ Herschel กรณีผมเป็นดังนี้ เข็มแม่เหล็กที่แขวนอยู่อย่างอิสระจะหยุดนิ่งอย่างรวดเร็วหากวางวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็กไว้ข้างใต้ ถ้าวงกลมหมุน เข็มแม่เหล็กจะเริ่มเคลื่อนไปด้านหลัง ในสภาวะสงบ มันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะค้นพบแรงดึงดูดหรือแรงผลักเพียงเล็กน้อยระหว่างวงกลมที่ 5 กับลูกศร ในขณะที่วงกลมเดียวกันนั้นกำลังเคลื่อนที่ ไม่เพียงแต่ดึงลูกศรแสงเท่านั้น แต่ยังมีแม่เหล็กหนักอีกด้วย ปรากฏการณ์อัศจรรย์อย่างแท้จริงนี้ดูเหมือนเป็นปริศนาลึกลับสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น เป็นสิ่งที่อยู่นอกเหนือขอบเขตของธรรมชาติ จากข้อมูลข้างต้น ฟาราเดย์ได้ตั้งสมมติฐานว่าวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็ก ในระหว่างการหมุนจะวิ่งไปรอบๆ ด้วยกระแสอุปนัย ซึ่งส่งผลต่อเข็มแม่เหล็กและลากไปตามแม่เหล็ก และแท้จริงแล้ว ด้วยการแนะนำขอบของวงกลมระหว่างขั้วของแม่เหล็กเกือกม้าขนาดใหญ่และเชื่อมต่อศูนย์กลางและขอบของวงกลมด้วยกัลวาโนมิเตอร์ด้วยลวด ฟาราเดย์จึงได้รับกระแสไฟฟ้าคงที่เมื่อวงกลมหมุน

ต่อจากนี้ ฟาราเดย์มุ่งความสนใจไปที่ปรากฏการณ์อื่นที่กระตุ้นให้เกิดความอยากรู้อยากเห็นโดยทั่วไป ดังที่คุณทราบ หากคุณโปรยตะไบเหล็กลงบนแม่เหล็ก มันจะจับกลุ่มตามเส้นบางเส้นที่เรียกว่าเส้นโค้งแม่เหล็ก ฟาราเดย์ซึ่งดึงดูดความสนใจไปที่ปรากฏการณ์นี้ ได้ตั้งชื่อเส้นโค้งแม่เหล็กว่า "เส้นแรงแม่เหล็ก" ในปี พ.ศ. 2374 ซึ่งต่อมาได้ถูกนำมาใช้โดยทั่วไป การศึกษา "เส้น" เหล่านี้ทำให้ฟาราเดย์ค้นพบสิ่งใหม่ ปรากฎว่าเพื่อกระตุ้นกระแสเหนี่ยวนำ ไม่จำเป็นต้องเข้าใกล้แหล่งกำเนิดและระยะห่างจากขั้วแม่เหล็ก เพื่อกระตุ้นกระแสน้ำ ก็เพียงพอที่จะข้ามเส้นแรงแม่เหล็กในลักษณะที่ทราบแล้ว

ทำงานต่อไปความพยายามของฟาราเดย์ในทิศทางดังกล่าวได้รับจากมุมมองร่วมสมัยถึงลักษณะของบางสิ่งที่น่าอัศจรรย์อย่างยิ่ง ในตอนต้นของปี พ.ศ. 2375 เขาได้สาธิตอุปกรณ์ที่กระแสอุปนัยถูกกระตุ้นโดยไม่ต้องใช้แม่เหล็กหรือกระแสกัลวานิกช่วย

อุปกรณ์ประกอบด้วยแถบเหล็กที่วางอยู่ในขดลวด

อุปกรณ์นี้ภายใต้สภาวะปกติไม่ได้ให้สัญญาณการปรากฏตัวของกระแสในนั้นแม้แต่น้อย แต่ทันทีที่ได้รับทิศทางที่สอดคล้องกับทิศทางของเข็มแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าก็ถูกกระตุ้นในเส้นลวด จากนั้นฟาราเดย์ก็กำหนดตำแหน่งของเข็มแม่เหล็กให้กับขดหนึ่ง จากนั้นจึงนำแถบเหล็กเข้าไป กระแสน้ำก็ตื่นเต้นอีกครั้ง สาเหตุที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในกรณีเหล่านี้คือแม่เหล็กโลก ซึ่งทำให้เกิดกระแสอุปนัยเหมือนกับแม่เหล็กธรรมดาหรือกระแสไฟฟ้ากัลวานิก เพื่อแสดงให้เห็นและพิสูจน์สิ่งนี้ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ฟาราเดย์ได้ทำการทดลองอีกครั้ง ซึ่งยืนยันการพิจารณาของเขาอย่างเต็มที่ เขาให้เหตุผลว่าถ้าวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก เช่น ทองแดง หมุนอยู่ในตำแหน่งที่มันตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กของแม่เหล็กที่อยู่ติดกัน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ จากนั้นวงกลมเดียวกันนั้นจะหมุนโดยไม่มี แม่เหล็ก แต่ในตำแหน่งที่วงกลมจะตัดผ่านเส้นแม่เหล็กของโลก จะต้องให้กระแสเหนี่ยวนำด้วย และแท้จริงแล้ว วงกลมทองแดงที่หมุนในระนาบแนวนอนทำให้เกิดกระแสอุปนัยที่ทำให้เกิดการโก่งตัวของเข็มกัลวาโนมิเตอร์ที่เห็นได้ชัดเจน

ฟาราเดย์ยุติการศึกษาชุดของเขาในสาขาการเหนี่ยวนำไฟฟ้าด้วยการค้นพบ "อิทธิพลอุปนัยของกระแสที่มีต่อตัวมันเอง" ซึ่งเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2378 เขาพบว่าเมื่อกระแสกัลวานิกถูกปิดหรือเปิด กระแสอุปนัยทันทีจะตื่นเต้นในเส้นลวดเอง ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวนำสำหรับกระแสนี้

นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) ได้ให้กฎในการกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ

“กระแสเหนี่ยวนำมักจะถูกควบคุมในลักษณะที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะซับซ้อนหรือยับยั้งการเคลื่อนไหวที่ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำ” A.A. Korobko-Stefanov ในบทความของเขาเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า - ตัวอย่างเช่น เมื่อขดลวดเข้าใกล้แม่เหล็ก กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นจะมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็ก เป็นผลให้มีแรงผลักเกิดขึ้นระหว่างขดลวดกับแม่เหล็ก

กฎของเลนซ์เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงพลังงาน หากกระแสน้ำเหนี่ยวนำเร่งการเคลื่อนที่ที่ทำให้เกิดกระแสน้ำ งานก็จะถูกสร้างขึ้นจากความว่างเปล่า หลังจากกดเพียงเล็กน้อย ขดลวดก็จะพุ่งเข้าหาแม่เหล็ก และในขณะเดียวกัน กระแสเหนี่ยวนำก็จะปล่อยความร้อนในนั้นออกมา ในความเป็นจริง กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำถูกสร้างขึ้นโดยการนำแม่เหล็กและขดลวดเข้ามาใกล้กันมากขึ้น

เหตุใดกระแสเหนี่ยวนำจึงเกิดขึ้น? คำอธิบายเชิงลึกเกี่ยวกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าให้ไว้โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Clerk Maxwell ผู้สร้างปรากฏการณ์ที่สมบูรณ์ ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์สนามแม่เหล็กไฟฟ้า

เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของเรื่องได้ดีขึ้น ให้พิจารณาการทดลองง่ายๆ ปล่อยให้ขดลวดประกอบด้วยลวดหนึ่งรอบและถูกทะลุผ่านสนามแม่เหล็กสลับที่ตั้งฉากกับระนาบของการหมุน กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นตามธรรมชาติในขดลวด แม็กซ์เวลล์ตีความการทดลองนี้อย่างกล้าหาญและคาดไม่ถึงเป็นพิเศษ เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงในอวกาศ ตามข้อมูลของ Maxwell กระบวนการเกิดขึ้นซึ่งการมีอยู่ของขดลวดไม่มีนัยสำคัญ สิ่งสำคัญที่นี่คือการปรากฏตัวของวงแหวนปิด สนามไฟฟ้าครอบคลุมการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก

ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้น อิเล็กตรอนจะเริ่มเคลื่อนที่และเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในขดลวด คอยล์เป็นเพียงอุปกรณ์ที่ตรวจจับสนามไฟฟ้า สาระสำคัญของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือสนามแม่เหล็กสลับจะสร้างสนามไฟฟ้าที่มีวงจรปิดในพื้นที่โดยรอบเสมอ สายไฟ. สนามดังกล่าวเรียกว่าสนามน้ำวน”

การวิจัยในสาขาการเหนี่ยวนำที่เกิดจากสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินทำให้ฟาราเดย์มีโอกาสแสดงความคิดเกี่ยวกับโทรเลขย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2375 ซึ่งต่อมาเป็นพื้นฐานของการประดิษฐ์นี้

โดยทั่วไปแล้วการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถือเป็นหนึ่งในสิ่งที่โดดเด่นที่สุดไม่ใช่เรื่องไร้สาระ การค้นพบ XIXศตวรรษ - การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าหลายล้านเครื่องทั่วโลกมีพื้นฐานอยู่บนปรากฏการณ์นี้...

จนถึงตอนนี้เราได้พิจารณาสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา พบว่าสนามไฟฟ้าเกิดจากประจุไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กเกิดจากประจุเคลื่อนที่ เช่น กระแสไฟฟ้า เรามาทำความรู้จักกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลากันดีกว่า

ที่สุด ข้อเท็จจริงที่สำคัญซึ่งถูกค้นพบคือความสัมพันธ์ที่ใกล้เคียงที่สุดระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาจะสร้างสนามไฟฟ้า และสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก หากไม่มีการเชื่อมโยงระหว่างสาขาต่างๆ ก็จะเกิดอาการต่างๆ นานาขึ้น แรงแม่เหล็กไฟฟ้าคงไม่กว้างขวางเท่าที่เป็นจริง จะไม่มีคลื่นวิทยุหรือแสง

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ผู้ก่อตั้งแนวคิดเรื่องสนามแม่เหล็กไฟฟ้า - ฟาราเดย์ได้ดำเนินการขั้นตอนแรกในการค้นพบคุณสมบัติใหม่ของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า ฟาราเดย์มั่นใจในธรรมชาติของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กที่เป็นหนึ่งเดียว ด้วยเหตุนี้เขาจึงค้นพบซึ่งต่อมาได้ก่อให้เกิดพื้นฐานสำหรับการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าทุกแห่งในโลกโดยเปลี่ยน พลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า (แหล่งอื่นๆ: เซลล์กัลวานิก แบตเตอรี่ ฯลฯ - ให้ส่วนแบ่งพลังงานที่สร้างขึ้นเพียงเล็กน้อย)

ฟาราเดย์ให้เหตุผลว่ากระแสไฟฟ้าสามารถดึงดูดเหล็กชิ้นหนึ่งได้ แม่เหล็กไม่สามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้หรือ?

เป็นเวลานานที่ไม่สามารถค้นพบการเชื่อมต่อนี้ มันเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจสิ่งสำคัญคือ: มีเพียงแม่เหล็กที่เคลื่อนที่หรือสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาเท่านั้นที่สามารถกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในขดลวดได้

ข้อเท็จจริงต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าอุบัติเหตุประเภทใดที่สามารถขัดขวางการค้นพบนี้ได้ เกือบจะพร้อมกันกับฟาราเดย์ นักฟิสิกส์ชาวสวิส Colladon พยายามสร้างกระแสไฟฟ้าในขดลวดโดยใช้แม่เหล็ก เมื่อทำงานเขาใช้กัลวาโนมิเตอร์ซึ่งมีเข็มแม่เหล็กแสงติดอยู่ภายในขดลวดของอุปกรณ์ เพื่อที่แม่เหล็กจะไม่ส่งผลโดยตรงต่อเข็ม ปลายของขดลวดที่คอลลาดอนดันแม่เหล็กเข้าไปโดยหวังว่าจะได้รับกระแสไฟฟ้าเข้าไป จึงถูกนำเข้าไปในห้องถัดไปและเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ที่นั่น หลังจากใส่แม่เหล็กเข้าไปในขดลวด Colladon ก็เดินเข้าไปในห้องถัดไปและด้วยความผิดหวัง

ฉันแน่ใจว่ากัลวาโนมิเตอร์ไม่แสดงกระแสใดๆ หากเขาต้องเฝ้าดูกัลวาโนมิเตอร์ตลอดเวลาและขอให้ใครสักคนทำงานเกี่ยวกับแม่เหล็ก ก็คงจะมีการค้นพบที่น่าทึ่งเกิดขึ้น แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้น แม่เหล็กที่อยู่นิ่งสัมพันธ์กับขดลวดจะไม่สร้างกระแสในนั้น

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยการเกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรตัวนำซึ่งอยู่นิ่งในสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาหรือเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กคงที่ในลักษณะที่จำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กทะลุผ่าน การเปลี่ยนแปลงวงจร มันถูกค้นพบเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 เป็นกรณีที่ไม่ค่อยเกิดขึ้นนักเมื่อทราบวันที่ค้นพบที่น่าทึ่งครั้งใหม่อย่างแม่นยำ นี่คือคำอธิบายของการทดลองครั้งแรกที่ฟาราเดย์มอบให้:

“ลวดทองแดงยาว 203 ฟุตพันบนแกนไม้กว้าง และระหว่างรอบนั้นพันลวดที่มีความยาวเท่ากัน แต่หุ้มฉนวนตั้งแต่เส้นแรกด้วยด้ายฝ้าย เกลียวอันหนึ่งเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์และอีกอันเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ที่แข็งแกร่งซึ่งประกอบด้วยแผ่น 100 คู่... เมื่อวงจรถูกปิด จะสังเกตเห็นการกระทำกะทันหันแต่อ่อนแอมากบนกัลวาโนมิเตอร์ และก็สังเกตเห็นสิ่งเดียวกันเมื่อ กระแสหยุดแล้ว ด้วยกระแสที่ไหลอย่างต่อเนื่องผ่านเกลียวใดเกลียวหนึ่งจึงไม่สามารถสังเกตเห็นผลกระทบต่อกัลวาโนมิเตอร์หรือผลกระทบเชิงอุปนัยใด ๆ ต่อเกลียวอีกอันหนึ่งได้เลยแม้ว่าความร้อนของเกลียวทั้งหมดจะเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ก็ตาม และความสว่างของประกายไฟที่กระโดดระหว่างถ่านหินบ่งบอกถึงพลังงานแบตเตอรี่" (Faraday M. "การวิจัยเชิงทดลองทางไฟฟ้า" ชุดที่ 1)

ดังนั้นในขั้นต้นจึงค้นพบการเหนี่ยวนำในตัวนำที่ไม่มีการเคลื่อนที่สัมพันธ์กันเมื่อปิดและเปิดวงจร จากนั้น เมื่อเข้าใจอย่างชัดเจนว่าการนำตัวนำที่มีกระแสไหลเข้ามาใกล้หรือไกลออกไป ควรให้ผลลัพธ์เช่นเดียวกับการปิดและเปิดวงจร ฟาราเดย์ได้พิสูจน์ผ่านการทดลองแล้วว่ากระแสเกิดขึ้นเมื่อขดลวดเคลื่อนที่ซึ่งกันและกัน

เกี่ยวกับเพื่อน ด้วยความคุ้นเคยกับผลงานของแอมแปร์ ฟาราเดย์จึงเข้าใจว่าแม่เหล็กคือกลุ่มของกระแสขนาดเล็กที่ไหลเวียนอยู่ในโมเลกุล ตามที่บันทึกไว้ในสมุดบันทึกของห้องปฏิบัติการเมื่อวันที่ 17 ตุลาคม ตรวจพบกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดในขณะที่แม่เหล็กถูกดันเข้า (หรือดึงออก) ภายในหนึ่งเดือน ฟาราเดย์ได้ทดลองค้นพบคุณลักษณะที่สำคัญทั้งหมดของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ในปัจจุบัน ทุกคนสามารถทำการทดลองของฟาราเดย์ซ้ำได้ ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องมีคอยล์สองตัว, แม่เหล็ก, แบตเตอรี่ขององค์ประกอบและกัลวาโนมิเตอร์ที่ค่อนข้างละเอียดอ่อน

ในการติดตั้งที่แสดงในรูปที่ 238 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในขดลวดตัวใดตัวหนึ่งเมื่อปิดหรือเปิด วงจรไฟฟ้าขดลวดอีกอันหนึ่งซึ่งอยู่กับที่สัมพันธ์กับอันแรก ในการติดตั้งในรูปที่ 239 ความแรงของกระแสในคอยล์ตัวใดตัวหนึ่งจะเปลี่ยนไปโดยใช้ลิโน่ ในรูปที่ 240 a กระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นเมื่อขดลวดเคลื่อนที่สัมพันธ์กันและในรูปที่ 240 b - เมื่อเคลื่อนที่ แม่เหล็กถาวรสัมพันธ์กับขดลวด

ฟาราเดย์เองก็เข้าใจสิ่งทั่วไปที่การปรากฏตัวของกระแสเหนี่ยวนำนั้นขึ้นอยู่กับการทดลองที่ภายนอกดูแตกต่างออกไป

ในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิด กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นที่ที่ถูกจำกัดโดยวงจรนี้เปลี่ยนแปลงไป และยิ่งจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าไร กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในกรณีนี้สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กนั้นไม่แยแสเลย นี่อาจเป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นที่ของวงจรตัวนำนิ่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในขดลวดที่อยู่ติดกัน (รูปที่ 238) หรือการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นเหนี่ยวนำเนื่องจาก ต่อการเคลื่อนตัวของวงจรในสนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ ความหนาแน่นของเส้นซึ่งแตกต่างกันไปในอวกาศ (รูปที่ 241)

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า- ปรากฏการณ์การเกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กไหลผ่านมีการเปลี่ยนแปลง การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบโดย Michael Faraday เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 เขาค้นพบว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ที่เกิดขึ้นในวงจรนำไฟฟ้าแบบปิดนั้นเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้ ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าไม่ได้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ - การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเองหรือการเคลื่อนที่ของวงจร (หรือบางส่วน) ในสนามแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้เรียกว่ากระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

YouTube สารานุกรม

• 1 / 5

  ตามกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ (ในหน่วย SI):

  E = − d Φ B d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi _(B)) \over dt))- แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่กระทำตามแนวเส้นที่เลือกโดยพลการ = ∬ S B → ⋅ d S → , (\displaystyle =\iint \limits _(S)(\vec (B))\cdot d(\vec (S)),)- ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ถูกจำกัดด้วยเส้นขอบนี้

  เครื่องหมายลบในสูตรสะท้อนให้เห็น กฎของเลนซ์ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย E.H. Lenz:

  กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรตัวนำแบบปิดมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

  สำหรับขดลวดที่อยู่ในสนามแม่เหล็กสลับ กฎของฟาราเดย์สามารถเขียนได้ดังนี้:

  E = − N d Φ B d t = − d Ψ d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-N((d\Phi _(B)) \over dt)=-((d\Psi ) \over ดีที)) E (\displaystyle (\mathcal (E)))- แรงเคลื่อนไฟฟ้า ยังไม่มีข้อความ (\displaystyle N)- จำนวนรอบ Φ B (\displaystyle \Phi _(B))- ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านหนึ่งรอบ Ψ (\displaystyle \Psi )- การเชื่อมต่อคอยล์ฟลักซ์

  รูปร่างเวกเตอร์

  ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล กฎของฟาราเดย์สามารถเขียนได้ดังนี้:

  เน่า E → = − ∂ B → ∂ t (\displaystyle \ชื่อผู้ดำเนินการ (เน่า) \,(\vec (E))=-(\partial (\vec (B)) \over \partial t))(ในระบบเอสไอ) เน่า E → = − 1 c ∂ B → ∂ t (\displaystyle \ชื่อตัวดำเนินการ (เน่า) \,(\vec (E))=-(1 \over c)(\บางส่วน (\vec (B)) \over \ บางส่วน เสื้อ))(ในระบบ GHS)

  ในรูปแบบอินทิกรัล (เทียบเท่า):

  ∮ ∂ S ⁡ E → ⋅ d l → = − ∂ ∂ t ∫ S B → ⋅ d s → (\displaystyle \oint _(\บางส่วน S)(\vec (E))\cdot (\vec (dl))=-( \บางส่วน \over \บางส่วน t)\int _(S)(\vec (B))\cdot (\vec (ds)))(เอสไอ) ∮ ∂ S ⁡ E → ⋅ d l → = − 1 c ∂ ∂ t ∫ S B → ⋅ d s → (\displaystyle \oint _(\บางส่วน S)(\vec (E))\cdot (\vec (dl))= -(1 \over c)(\บางส่วน \over \บางส่วน t)\int _(S)(\vec (B))\cdot (\vec (ds)))(GHS)

  ที่นี่ E → (\displaystyle (\vec (E)))- ความแรงของสนามไฟฟ้า B → (\displaystyle (\vec (B)))- การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก S (\รูปแบบการแสดงผล S\ )- พื้นผิวที่กำหนดเอง - ขอบเขตของมัน วงจรบูรณาการ ∂ S (\displaystyle \s บางส่วน)คงที่โดยนัย (อสังหาริมทรัพย์)

  ควรสังเกตว่ากฎของฟาราเดย์ในรูปแบบนี้อธิบายอย่างชัดเจนเฉพาะส่วนหนึ่งของ EMF ที่เกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในสนามเองเมื่อเวลาผ่านไปโดยไม่เปลี่ยน (เคลื่อนที่) ขอบเขตของวงจร (สำหรับ โดยคำนึงถึงอย่างหลังดูด้านล่าง)

  หากกล่าวคือสนามแม่เหล็กคงที่และฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเคลื่อนตัวของขอบเขตของวงจร (ตัวอย่างเช่นเมื่อพื้นที่เพิ่มขึ้น) ดังนั้น EMF ที่เกิดขึ้นจะถูกสร้างขึ้นโดยแรงที่ยึดประจุไว้บน วงจร (ในตัวนำ) และแรงลอเรนซ์ที่เกิดจากการกระทำโดยตรงของสนามแม่เหล็กต่อประจุที่เคลื่อนที่ (โดยมีเส้นชั้นความสูง) ขณะเดียวกันก็มีความเท่าเทียมกัน E = − d Φ / d t (\displaystyle (\mathcal (E))=-((d\Phi )/dt))ยังคงสังเกตต่อไป แต่ EMF ทางด้านซ้ายจะไม่ลดลงเหลืออีกต่อไป ∮ ⁡ E → ⋅ d l → (\displaystyle \oint (\vec (E))\cdot (\vec (dl)))(ซึ่งในตัวอย่างนี้โดยทั่วไปจะเท่ากับศูนย์) ในกรณีทั่วไป (เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงตามเวลา และวงจรเคลื่อนที่หรือเปลี่ยนรูปร่าง) สูตรสุดท้ายก็เป็นจริงเช่นกัน แต่ EMF ทางด้านซ้ายในกรณีนี้คือผลรวมของทั้งสองพจน์ที่กล่าวข้างต้น (นั่นคือ บางส่วนถูกสร้างขึ้นโดยสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน และส่วนหนึ่งเกิดจากแรงลอเรนซ์และแรงปฏิกิริยาของตัวนำที่กำลังเคลื่อนที่)

  ฟอร์มที่มีศักยภาพ

  เมื่อแสดงสนามแม่เหล็กผ่านศักย์เวกเตอร์ กฎของฟาราเดย์จะอยู่ในรูปแบบ:

  E → = − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-(\partial (\vec (A)) \over \partial t))(ในกรณีที่ไม่มีสนามไฟฟ้าแบบหมุน กล่าวคือ เมื่อสนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นทั้งหมดโดยการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเท่านั้น กล่าวคือ โดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า)

  ในกรณีทั่วไป เมื่อคำนึงถึงสนามการไม่หมุน (เช่น ไฟฟ้าสถิต) เราจะได้:

  E → = − ∇ φ − ∂ A → ∂ t (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\partial (\vec (A)) \over \partial t))

  รายละเอียดเพิ่มเติม

  เนื่องจากเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กตามคำจำกัดความแสดงผ่านศักย์เวกเตอร์ดังต่อไปนี้:

  B → = r o t A → ≡ ∇ × A → , (\displaystyle (\vec (B))=rot\ (\vec (A))\equiv \nabla \times (\vec (A)),)

  จากนั้นคุณก็สามารถแทนที่นิพจน์นี้เป็นได้

  r o t E → ≡ ∇ × E → = − ∂ B → ∂ t , (\displaystyle rot\ (\vec (E))\equiv \nabla \times (\vec (E))=-(\frac (\partial ( \vec (B)))(\บางส่วน t)),) ∇ × E → = − ∂ (∇ × A →) ∂ t , (\displaystyle \nabla \times (\vec (E))=-(\frac (\บางส่วน (\nabla \times (\vec (A)) ))(\บางส่วน t)))

  และการกลับความแตกต่างในเวลาและพิกัดเชิงพื้นที่ (โรเตอร์):

  ∇ × E → = − ∇ × ∂ A → ∂ เสื้อ (\displaystyle \nabla \times (\vec (E))=-\nabla \times (\frac (\บางส่วน (\vec (A)))(\บางส่วน t)).)

  ดังนั้นตั้งแต่ ∇ × E → (\displaystyle \nabla \times (\vec (E)))ถูกกำหนดไว้อย่างสมบูรณ์โดยทางด้านขวามือของสมการสุดท้าย ชัดเจนว่า ส่วนกระแสน้ำวนของสนามไฟฟ้า (ส่วนที่มีโรเตอร์ ตรงกันข้ามกับสนามชลประทาน ∇ φ (\displaystyle \nabla \varphi )) - ถูกกำหนดโดยนิพจน์อย่างสมบูรณ์

  − ∂ A → ∂ เสื้อ (\displaystyle -(\frac (\partial (\vec (A)))(\partial t)).)

  เหล่านั้น. ในกรณีที่ไม่มีส่วนที่ไม่หมุนเราสามารถเขียนได้

  E → = − ∂ A → ∂ t , (\displaystyle (\vec (E))=-(\frac (\partial (\vec (A)))(\partial t)),)

  และในกรณีทั่วไป

  E → = − ∇ φ − d A → d เสื้อ (\displaystyle (\vec (E))=-\nabla \varphi -(\frac (d(\vec (A)))(dt)).)ในปีพ.ศ. 2374 ชัยชนะมาถึง: เขาค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การตั้งค่าที่ฟาราเดย์ค้นพบเกี่ยวข้องกับการทำวงแหวนเหล็กอ่อนที่มีความกว้างประมาณ 2 ซม. และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ซม. และพันลวดทองแดงหลายรอบในแต่ละครึ่งของวงแหวน วงจรของการพันขดลวดหนึ่งถูกปิดด้วยลวดโดยมีเข็มแม่เหล็กอยู่ในเทิร์นซึ่งถูกถอดออกเพียงพอเพื่อไม่ให้ผลกระทบของแม่เหล็กที่สร้างขึ้นในวงแหวน กระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เซลล์กัลวานิกถูกส่งผ่านขดลวดที่สอง เมื่อกระแสไฟเปิดอยู่ เข็มแม่เหล็กจะสั่นหลายครั้งและสงบลง เมื่อกระแสน้ำถูกขัดจังหวะ เข็มก็สั่นอีกครั้ง ปรากฎว่าเข็มเบี่ยงเบนไปในทิศทางหนึ่งเมื่อกระแสไฟเปิดและอีกทิศทางหนึ่งเมื่อกระแสไฟถูกขัดจังหวะ เอ็ม. ฟาราเดย์ยอมรับว่าเป็นไปได้ที่จะ "แปลงแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า" โดยใช้แม่เหล็กธรรมดา

  ในเวลาเดียวกันโจเซฟเฮนรี่นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันก็ประสบความสำเร็จในการทำการทดลองเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำกระแส แต่ในขณะที่เขากำลังจะเผยแพร่ผลการทดลองของเขา ข้อความจากเอ็ม. ฟาราเดย์ก็ปรากฏในสื่อเกี่ยวกับการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของเขา

  เอ็ม. ฟาราเดย์พยายามใช้ปรากฏการณ์ที่เขาค้นพบเพื่อให้ได้แหล่งไฟฟ้าใหม่