การประยุกต์ใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ

คำว่า "การเหนี่ยวนำ" ในภาษารัสเซียหมายถึงกระบวนการกระตุ้น การชี้นำ การสร้างบางสิ่ง ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า คำนี้ใช้มานานกว่าสองศตวรรษ

หลังจากทำความคุ้นเคยกับสิ่งพิมพ์ในปี 1821 ที่อธิบายการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Oersted เกี่ยวกับการเบี่ยงเบนของเข็มแม่เหล็กใกล้กับตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า Michael Faraday ได้กำหนดภารกิจ: เปลี่ยนแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า.

หลังจากการค้นคว้าเป็นเวลา 10 ปี เขาได้กำหนดกฎพื้นฐาน การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายว่า ภายในวงจรปิดใด ๆ จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ค่าของมันถูกกำหนดโดยอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทะลุผ่านวงจรภายใต้การพิจารณา แต่ใช้เครื่องหมายลบ

การส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระยะไกล

การคาดเดาแรกที่เริ่มขึ้นในสมองของนักวิทยาศาสตร์นั้นไม่ประสบความสำเร็จในทางปฏิบัติ

เขาวางตัวนำปิดสองตัวเคียงข้างกัน ใกล้กับเส้นหนึ่ง ฉันติดตั้งเข็มแม่เหล็กเป็นตัวบ่งชี้กระแสที่ผ่าน และอีกเส้นหนึ่งฉันใช้พัลส์จากแหล่งกัลวานิกอันทรงพลังในเวลานั้น: คอลัมน์โวลต์

ผู้วิจัยสันนิษฐานว่าด้วยพัลส์ปัจจุบันในวงจรแรก สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงในวงจรนั้นจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสในตัวนำที่สอง ซึ่งจะทำให้เข็มแม่เหล็กหันเห แต่ผลลัพธ์เป็นลบ - ตัวบ่งชี้ไม่ทำงาน หรือว่าเขาขาดความละเอียดอ่อน

สมองของนักวิทยาศาสตร์มองเห็นล่วงหน้าถึงการสร้างและส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระยะไกล ซึ่งปัจจุบันใช้ในการกระจายเสียงทางวิทยุ โทรทัศน์ การควบคุมแบบไร้สาย เทคโนโลยี Wi-Fi และอุปกรณ์ที่คล้ายกัน เขารู้สึกผิดหวังกับองค์ประกอบพื้นฐานที่ไม่สมบูรณ์ของอุปกรณ์ตรวจวัดในสมัยนั้น

การผลิตไฟฟ้า

หลังจากการทดลองไม่สำเร็จ ไมเคิล ฟาราเดย์ได้แก้ไขเงื่อนไขของการทดลอง

สำหรับการทดลอง ฟาราเดย์ใช้ขดลวด 2 วงจรที่มีวงจรปิด ในวงจรแรก เขาจ่ายกระแสไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิด และในวงจรที่สอง เขาสังเกตลักษณะของ EMF กระแสที่ไหลผ่านขดลวดหมายเลข 1 สร้างขึ้นรอบ ๆ ขดลวด สนามแม่เหล็กเจาะเข้าไปในขดลวดหมายเลข 2 และสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าในนั้น

ระหว่างการทดลองของฟาราเดย์:

• เปิดการจ่ายแรงดันพัลส์ให้กับวงจรด้วยขดลวดนิ่ง
• เมื่อใช้กระแสไฟ เขาฉีดขดลวดด้านบนเข้าไปในขดลวดด้านล่าง
• แก้ไขขดลวดหมายเลข 1 อย่างถาวรและแนะนำขดลวดหมายเลข 2 เข้าไป
• เปลี่ยนความเร็วในการเคลื่อนที่ของขดลวดที่สัมพันธ์กัน

ในทุกกรณีนี้ เขาสังเกตเห็นการปรากฎตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดที่สอง และด้วยทางเดินของกระแสตรงผ่านขดลวดหมายเลข 1 และขดลวดนำทางคงที่เท่านั้น จึงไม่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า

นักวิทยาศาสตร์กำหนดว่า เกิดขึ้นในครั้งที่สอง ขดลวด EMFขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก เป็นสัดส่วนกับขนาดของมัน

รูปแบบเดียวกันนี้แสดงให้เห็นอย่างสมบูรณ์เมื่อวงปิดผ่าน ภายใต้การกระทำของ EMF กระแสไฟฟ้าจะก่อตัวขึ้นในลวด

ฟลักซ์แม่เหล็กในกรณีที่พิจารณาการเปลี่ยนแปลงในวงจร Sk ที่สร้างขึ้นโดยวงจรปิด

ด้วยวิธีนี้ การพัฒนาที่สร้างขึ้นโดยฟาราเดย์ทำให้สามารถวางโครงนำไฟฟ้าแบบหมุนในสนามแม่เหล็กได้

จากนั้นจึงสร้างจากการหมุนจำนวนมากโดยยึดไว้กับตลับลูกปืนหมุน ที่ปลายของขดลวด มีการติดตั้งแหวนสลิปและแปรงที่เลื่อนไปตามพวกเขา และโหลดถูกเชื่อมต่อผ่านสายไฟบนเคส ผลลัพธ์ที่ได้คือไดชาร์จที่ทันสมัย

การออกแบบที่เรียบง่ายนั้นถูกสร้างขึ้นเมื่อไขลานอยู่กับเคสแบบอยู่กับที่ และระบบแม่เหล็กเริ่มหมุน ในกรณีนี้วิธีการสร้างกระแสที่ค่าใช้จ่ายไม่ได้ถูกละเมิด แต่อย่างใด

หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งไมเคิล ฟาราเดย์ได้พิสูจน์ไว้ ทำให้สามารถสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าในรูปแบบต่างๆ ได้ พวกเขามีอุปกรณ์ที่คล้ายกันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า: โรเตอร์ที่เคลื่อนที่ได้และสเตเตอร์ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันเนื่องจากการหมุนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

การแปลงไฟฟ้า

Michael Faraday กำหนดการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดใกล้เคียงเมื่อสนามแม่เหล็กในขดลวดที่อยู่ติดกันเปลี่ยนแปลง

กระแสภายในขดลวดใกล้เคียงถูกเหนี่ยวนำโดยการสลับวงจรสวิตช์ในขดลวด 1 และจะมีอยู่ตลอดเวลาระหว่างการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในขดลวด 3

ในคุณสมบัตินี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำร่วมกัน การทำงานของอุปกรณ์หม้อแปลงสมัยใหม่ทั้งหมดจะขึ้นอยู่กับ

เพื่อปรับปรุงการผ่านของฟลักซ์แม่เหล็ก ขดลวดหุ้มฉนวนถูกวางบนแกนกลางซึ่งมีความต้านทานแม่เหล็กขั้นต่ำ มันทำจากเหล็กเกรดพิเศษและขึ้นรูปเป็นแผ่นบาง ๆ เรียงพิมพ์ในรูปแบบของส่วนต่าง ๆ ของรูปร่างที่เรียกว่าวงจรแม่เหล็ก

หม้อแปลงส่งผ่านการเหนี่ยวนำร่วมกัน พลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงของค่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วอินพุตและเอาต์พุต

กำหนดอัตราส่วนของจำนวนรอบในขดลวด อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง, และความหนาของเส้นลวด, การออกแบบและปริมาตรของวัสดุแกนกลาง - ปริมาณกำลังส่ง, กระแสไฟฟ้าที่ใช้งาน

การทำงานของตัวเหนี่ยวนำ

การรวมตัวของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้านั้นสังเกตได้ในขดลวดระหว่างการเปลี่ยนแปลงขนาดของกระแสที่ไหลเข้ามา กระบวนการนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง

เมื่อเปิดเบรกเกอร์ตามแผนภาพด้านบน กระแสเหนี่ยวนำปรับเปลี่ยนลักษณะของการเพิ่มขึ้นของเส้นตรงในกระแสไฟในวงจรรวมถึงระหว่างการเดินทาง

เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ไม่ใช่แรงดันคงที่ กับตัวนำที่พันเข้าไปในขดลวด ค่ากระแสที่ลดลงโดยความต้านทานทางอุปนัยจะไหลผ่านตัวนำนั้น พลังงานของการเหนี่ยวนำตัวเองจะเปลี่ยนเฟสของกระแสตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

ปรากฏการณ์นี้ใช้ในโช้คซึ่งออกแบบมาเพื่อลดกระแสสูงที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะการทำงานบางอย่างของอุปกรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้อุปกรณ์ดังกล่าว

คุณสมบัติการออกแบบของวงจรแม่เหล็กที่ตัวเหนี่ยวนำ - แผ่นตัดซึ่งสร้างขึ้นเพื่อเพิ่มความต้านทานแม่เหล็กต่อฟลักซ์แม่เหล็กเนื่องจากการก่อตัวของช่องว่างอากาศ

โช้กที่มีตำแหน่งแยกและปรับได้ของวงจรแม่เหล็กนั้นถูกใช้ในวิศวกรรมวิทยุและอุปกรณ์ไฟฟ้ามากมาย บ่อยครั้งที่สามารถพบได้ในการออกแบบหม้อแปลงเชื่อม พวกเขาลดขนาดของอาร์คไฟฟ้าที่ผ่านอิเล็กโทรดให้มีค่าที่เหมาะสมที่สุด

เตาเหนี่ยวนำ

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เพียงแสดงออกมาในสายไฟและขดลวดเท่านั้น แต่ยังปรากฏอยู่ในวัตถุโลหะขนาดใหญ่อีกด้วย กระแสที่เหนี่ยวนำในนั้นเรียกว่ากระแสวน ในระหว่างการทำงานของหม้อแปลงและโช้คจะทำให้เกิดความร้อนของวงจรแม่เหล็กและโครงสร้างทั้งหมด

เพื่อป้องกันปรากฏการณ์นี้ แกนทำจากแผ่นโลหะบาง ๆ และหุ้มฉนวนด้วยชั้นเคลือบเงาที่ป้องกันการผ่านของกระแสเหนี่ยวนำ

ในโครงสร้างความร้อน กระแสน้ำวนไม่จำกัด แต่สร้างเงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการผ่าน ใช้กันอย่างแพร่หลายใน การผลิตภาคอุตสาหกรรมเพื่อสร้างอุณหภูมิสูง

อุปกรณ์วัดทางไฟฟ้า

ทำงานในภาคพลังงานต่อไป ชั้นใหญ่เครื่องเหนี่ยวนำ มิเตอร์ไฟฟ้าพร้อมจานอะลูมิเนียมหมุนได้ คล้ายกับการออกแบบของรีเลย์ไฟฟ้า ระบบพักของสวิตช์ เครื่องมือวัดทำงานบนหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดแก๊สแม่เหล็ก

ถ้าแทนที่จะเป็นกรอบปิด ก๊าซที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ของเหลว หรือพลาสมาเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก ประจุไฟฟ้าภายใต้การกระทำของเส้นสนามแม่เหล็กจะเบี่ยงเบนไปในทิศทางที่กำหนดอย่างเคร่งครัด เกิดเป็นกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กของมันบนแผ่นสัมผัสอิเล็กโทรดที่ติดตั้งจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ภายใต้การกระทำของมัน กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในวงจรที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิด MHD

นี่คือกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปรากฏในเครื่องกำเนิด MHD

ไม่มีส่วนหมุนที่ซับซ้อนเช่นโรเตอร์ สิ่งนี้ทำให้การออกแบบง่ายขึ้นช่วยให้คุณเพิ่มอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการทำงานได้อย่างมากและในขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า MHD ทำงานเป็นแหล่งสำรองหรือแหล่งฉุกเฉินที่สามารถสร้างกระแสไฟจำนวนมากในช่วงเวลาสั้นๆ

ดังนั้น กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งพิสูจน์โดยไมเคิล ฟาราเดย์ในคราวเดียว ยังคงมีความเกี่ยวข้องในปัจจุบัน

ธีม: การใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

เกี่ยวกับการศึกษา:

1. ดำเนินการต่อเพื่อสร้างแนวคิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปแบบของสสารและหลักฐานของการมีอยู่จริง
2. พัฒนาทักษะในการแก้ปัญหาเชิงคุณภาพและการคำนวณ

กำลังพัฒนา:ทำงานกับนักเรียนต่อไปใน...

1. การก่อตัวของแนวคิดเกี่ยวกับกายภาพสมัยใหม่ ภาพของโลก,
2. ความสามารถในการเปิดเผยความสัมพันธ์ระหว่างเนื้อหาที่ศึกษากับปรากฏการณ์ของชีวิต
3. ขยายขอบเขตอันไกลโพ้นของนักเรียน

เกี่ยวกับการศึกษา:เรียนรู้ที่จะดูอาการของรูปแบบที่ศึกษาในชีวิตรอบตัว

การสาธิต

1. หม้อแปลงไฟฟ้า
2. ชิ้นส่วนของ CD-ROM “ฟิสิกส์เกรด 7-11 ห้องสมุดโสตทัศนูปกรณ์»

1) "การผลิตไฟฟ้า"
2) "การบันทึกและการอ่านข้อมูลบนเทปแม่เหล็ก"

3. การนำเสนอ

1) "การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า - การทดสอบ" (ส่วนที่ I และ II)
2) "หม้อแปลงไฟฟ้า"

ระหว่างเรียน

1. อัปเดต:

ก่อนพิจารณา วัสดุใหม่โปรดตอบคำถามต่อไปนี้:

2. การแก้ปัญหาบนการ์ด ดูการนำเสนอ (ภาคผนวก 1) (คำตอบ: 1 B, 2 B, 3 C, 4 A, 5 C) - 5 นาที

3. วัสดุใหม่.

การใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

1) ในอดีต ปีการศึกษาเมื่อศึกษาหัวข้อ “ผู้ให้บริการข้อมูล” ในวิทยาการคอมพิวเตอร์ เราได้พูดคุยเกี่ยวกับดิสก์ ฟล็อปปี้ดิสก์ ฯลฯ ปรากฎว่าการบันทึกและการอ่านข้อมูลโดยใช้เทปแม่เหล็กนั้นขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
การบันทึกและเล่นข้อมูลโดยใช้เทปแม่เหล็ก (ชิ้นส่วนของซีดีรอม "ฟิสิกส์เกรด 7-11 ห้องสมุดโสตทัศนูปกรณ์", "การบันทึกและการอ่านข้อมูลบนเทปแม่เหล็ก" - 3 นาที) (ภาคผนวก 2)

2) พิจารณาอุปกรณ์และการทำงานพื้นฐานของอุปกรณ์เช่น TRANSFORMER (ดูการนำเสนอภาคผนวก 3)
การกระทำของหม้อแปลงขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

TRANSFORMER - อุปกรณ์ที่แปลงกระแสสลับของแรงดันไฟฟ้าหนึ่งเป็นกระแสสลับของแรงดันไฟฟ้าอื่นที่ความถี่คงที่

3) ในกรณีที่ง่ายที่สุด หม้อแปลงประกอบด้วยแกนเหล็กปิดซึ่งใส่ขดลวดสองเส้นที่มีขดลวด ขดลวดที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่าปฐมภูมิและอันที่เชื่อมต่อกับ "โหลด" นั่นคืออุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าเรียกว่าทุติยภูมิ

ก) ก้าวขึ้นหม้อแปลง

b) หม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปดาวน์

เมื่อส่งพลังงานในระยะไกล - การใช้หม้อแปลงแบบ step-down และ step-up

4) การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า (ทดลอง).

การส่องสว่างของหลอดไฟในขดลวดทุติยภูมิ ( คำอธิบายของประสบการณ์นี้);
- หลักการทำงาน เครื่องเชื่อม (เหตุใดการหมุนในขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์จึงหนาขึ้น);
- หลักการทำงานของเตาเผา ( ไฟในขดลวดทั้งสองเท่ากัน แต่กระแส?)

5) ใช้งานได้จริงการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ตัวอย่างการใช้งานทางเทคนิคของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า: หม้อแปลง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าหลัก
ด้วยการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้สามารถพัฒนาราคาถูกได้ พลังงานไฟฟ้า. พื้นฐานของการดำเนินงานของโรงไฟฟ้าสมัยใหม่ (รวมถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์) คือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำ.
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (ชิ้นส่วนของแผ่นดิสก์ ชิ้นส่วนของซีดีรอม "ฟิสิกส์ 7-11 เกรด ห้องสมุดโสตทัศนูปกรณ์", "การผลิตไฟฟ้า" - 2 นาที) (ภาคผนวก 4)

เครื่องกำเนิดการเหนี่ยวนำประกอบด้วยสองส่วน: โรเตอร์ที่เคลื่อนที่ได้และสเตเตอร์คงที่ บ่อยครั้งที่สเตเตอร์เป็นแม่เหล็ก (ถาวรหรือไฟฟ้า) ที่สร้างสนามแม่เหล็กเริ่มต้น (เรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ) โรเตอร์ประกอบด้วยหนึ่งหรือหลายขดลวดซึ่งภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง กระแสเหนี่ยวนำจะถูกสร้างขึ้น (ชื่ออื่นสำหรับโรเตอร์ดังกล่าวคือจุดยึด)

- การตรวจจับวัตถุโลหะ - เครื่องตรวจจับพิเศษ
- ฝึกบนเบาะแม่เหล็ก(ดูหน้า 129 ของหนังสือเรียน V. A. Kasyanov "ฟิสิกส์ - 11")
กระแสน้ำ Foucault (กระแสน้ำวน;)
– กระแสเหนี่ยวนำปิดที่เกิดขึ้นในตัวนำไฟฟ้าขนาดใหญ่.

สิ่งเหล่านี้ปรากฏขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กซึ่งเป็นที่ตั้งของตัวนำหรือเป็นผลมาจากการเคลื่อนไหวของร่างกายเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กทะลุผ่านร่างกายนี้ (หรือส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกาย) เปลี่ยนไป
เช่นเดียวกับกระแสอื่น ๆ กระแสน้ำวนมีผลต่อความร้อนบนตัวนำ: ร่างกายที่กระแสดังกล่าวเกิดขึ้นจะร้อนขึ้น

ตัวอย่าง: การติดตั้งเตาไฟฟ้าสำหรับหลอมโลหะและเตาอบไมโครเวฟ.

4. สรุปผลการประเมิน

1) การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า จงยกตัวอย่างการประยุกต์ใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ
2) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสสารที่พบได้บ่อยที่สุด และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกรณีพิเศษของการปรากฏตัวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

5. การแก้ปัญหาบนการ์ด ดูการนำเสนอ(ภาคผนวก 5) (คำตอบ - 1B, 2A, 3A, 4B)

6. การบ้าน: P.35,36 (ตำราฟิสิกส์ แก้ไขโดย V.A.Kasyanov เกรด 11)

เรารู้อยู่แล้วว่ากระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านตัวนำจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบๆ จากปรากฏการณ์นี้ มนุษย์ได้คิดค้นและใช้แม่เหล็กไฟฟ้าหลากหลายชนิดอย่างกว้างขวาง แต่คำถามเกิดขึ้น: ถ้าประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก แต่มันไม่ทำงานและในทางกลับกัน?

นั่นคือสนามแม่เหล็กสามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในตัวนำได้หรือไม่? ในปี 1831 ไมเคิล ฟาราเดย์พบว่าในวงจรไฟฟ้าตัวนำแบบปิด เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง จะเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น กระแสดังกล่าวเรียกว่ากระแสเหนี่ยวนำและปรากฏการณ์ของการปรากฏตัวของกระแสในวงจรตัวนำแบบปิดที่มีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ทะลุผ่านวงจรนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ชื่อ "แม่เหล็กไฟฟ้า" นั้นประกอบด้วยสองส่วน: "ไฟฟ้า" และ "แม่เหล็ก" ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก และถ้าประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ เปลี่ยนสนามแม่เหล็กรอบๆ พวกมัน แล้วสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง จำใจทำให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ ก่อตัวเป็นกระแสไฟฟ้า

ในกรณีนี้คือการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า สนามแม่เหล็กถาวรจะไม่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว ค่าไฟฟ้าจึงไม่เกิดกระแสเหนี่ยวนำขึ้น การพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มาของสูตร และกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าหมายถึงหลักสูตรของชั้นประถมศึกษาปีที่ 9

การประยุกต์ใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ในบทความนี้เราจะพูดถึงการใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การทำงานของมอเตอร์และเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าจำนวนมากขึ้นอยู่กับการใช้กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า หลักการทำงานของพวกเขานั้นค่อนข้างง่ายที่จะเข้าใจ

การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กสามารถเกิดขึ้นได้ เช่น โดยการเคลื่อนแม่เหล็ก ดังนั้นหากแม่เหล็กถูกเคลื่อนย้ายภายในวงจรปิดโดยอิทธิพลของบุคคลที่สาม กระแสจะปรากฏขึ้นในวงจรนี้ คุณจึงสร้างเครื่องกำเนิดกระแสได้

ในทางกลับกัน หากกระแสจากแหล่งภายนอกผ่านวงจร แม่เหล็กภายในวงจรจะเริ่มเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้า ด้วยวิธีนี้ทำให้สามารถประกอบมอเตอร์ไฟฟ้าได้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าปัจจุบันที่อธิบายไว้ข้างต้นเปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้า พลังงานกลเป็นพลังงานจากถ่านหิน น้ำมันดีเซล ลม น้ำและอื่นๆ ไฟฟ้าถูกจ่ายโดยสายไฟไปยังผู้บริโภคและเปลี่ยนกลับเป็นพลังงานกลในมอเตอร์ไฟฟ้า

มอเตอร์ไฟฟ้าของเครื่องดูดฝุ่น ไดร์เป่าผม เครื่องผสม เครื่องทำความเย็น เครื่องบดเนื้อไฟฟ้า และอุปกรณ์อื่น ๆ อีกมากมายที่เราใช้ทุกวันขึ้นอยู่กับการใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงแม่เหล็ก ไม่จำเป็นต้องพูดถึงการใช้ปรากฏการณ์เดียวกันนี้ในอุตสาหกรรม เป็นที่ชัดเจนว่ามีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่ง

คูโดเลย์ อันเดรย์, คนีคอฟ อิกอร์

การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ

ดาวน์โหลด:

แสดงตัวอย่าง:

เพลิดเพลินไปกับ ดูตัวอย่างงานนำเสนอ สร้างบัญชีผู้ใช้ ( บัญชีผู้ใช้) Google และลงชื่อเข้าใช้: https://accounts.google.com

คำบรรยายสไลด์:

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในเทคโนโลยีสมัยใหม่ดำเนินการโดยนักเรียน 11 คน "A" คลาส MOUSOSH หมายเลข 2 ของเมือง Suvorov Khnykov Igor, Khudoley Andrey

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 โดยไมเคิล ฟาราเดย์ ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยการเกิดขึ้นของกระแสไฟฟ้าในวงจรตัวนำ ซึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา หรือเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กคงที่ในลักษณะที่จำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กทะลุทะลวง การเปลี่ยนแปลงของวงจร

EMF ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรปิดมีค่าเท่ากับตัวเลขและตรงข้ามกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้ ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ (เช่นเดียวกับขนาดของ EMF) จะถือว่าเป็นบวกหากตรงกับทิศทางที่เลือกของการบายพาสวงจร

การทดลองของฟาราเดย์ แม่เหล็กถาวรถูกเสียบเข้าหรือออกจากขดลวดที่เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ เมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่ในวงจรจะเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ภายใน 1 เดือน ฟาราเดย์ได้ทดลองค้นพบคุณสมบัติที่สำคัญทั้งหมดของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ในปัจจุบัน การทดลองของ Faraday สามารถทำได้โดยทุกคน

แหล่งที่มาหลักของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แหล่งที่มาหลักของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าคือ: สายไฟ เดินสายไฟ (ภายในอาคารและโครงสร้าง) เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน. คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล. สถานีส่งสัญญาณโทรทัศน์และวิทยุ การสื่อสารผ่านดาวเทียมและเซลลูล่าร์ (อุปกรณ์, เครื่องทวนสัญญาณ) ขนส่งไฟฟ้า. การติดตั้งเรดาร์

สายไฟ สายไฟของสายไฟที่ใช้งานจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของความถี่อุตสาหกรรม (50 Hz) ในช่องว่างที่อยู่ติดกัน (ที่ระยะห่างจากสายไฟหลายสิบเมตร) ยิ่งไปกว่านั้น ความแรงของสนามใกล้กับเส้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงกว้าง ขึ้นอยู่กับโหลดไฟฟ้า ในความเป็นจริงขอบเขตของเขตป้องกันสุขอนามัยถูกกำหนดขึ้นตามแนวเขตของความตึงเครียดสูงสุดที่อยู่ห่างจากสายไฟ สนามไฟฟ้าเท่ากับ 1 กิโลโวลต์/เมตร

การเดินสายไฟฟ้า การเดินสายไฟฟ้าประกอบด้วย: สายไฟสำหรับระบบช่วยชีวิตในอาคาร สายจ่ายไฟ รวมถึงแผงแยกสายไฟ กล่องไฟ และหม้อแปลงไฟฟ้า การเดินสายไฟฟ้าเป็นแหล่งหลักของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่อุตสาหกรรมในสถานที่พักอาศัย ในกรณีนี้ ระดับความแรงของสนามไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดมักจะค่อนข้างต่ำ (ไม่เกิน 500 V/m)

เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าคือเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนทั้งหมดที่ทำงานโดยใช้กระแสไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน ระดับของรังสีจะแตกต่างกันไปในช่วงที่กว้างที่สุด โดยขึ้นอยู่กับรุ่น อุปกรณ์ และโหมดการทำงานเฉพาะ นอกจากนี้ระดับของรังสียังขึ้นอยู่กับการใช้พลังงานของอุปกรณ์เป็นอย่างมาก - ยิ่งพลังงานสูงเท่าใดระดับของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้นในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ ความแรงของสนามไฟฟ้าใกล้กับเครื่องใช้ในครัวเรือนไม่เกิน 10 V/m

คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล แหล่งที่มาหลักของผลเสียต่อสุขภาพสำหรับผู้ใช้คอมพิวเตอร์คืออุปกรณ์แสดงผลของจอภาพ (VOD) นอกจากจอภาพและยูนิตระบบแล้ว อาจรวมถึงคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลด้วย จำนวนมากอุปกรณ์อื่นๆ (เช่น เครื่องพิมพ์ สแกนเนอร์ เครื่องป้องกันไฟกระชาก ฯลฯ) อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานโดยใช้กระแสไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลมีองค์ประกอบคลื่นและสเปกตรัมที่ซับซ้อนที่สุด และวัดและหาปริมาณได้ยาก มีองค์ประกอบแม่เหล็ก ไฟฟ้าสถิต และการแผ่รังสี (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ศักย์ไฟฟ้าสถิตของผู้ที่นั่งอยู่หน้าจอภาพสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ -3 ถึง +5 V) ด้วยเงื่อนไขที่ว่าปัจจุบันคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลถูกใช้อย่างแข็งขันในทุกอุตสาหกรรม กิจกรรมของมนุษย์ผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์อยู่ภายใต้การศึกษาและควบคุมอย่างรอบคอบ

สถานีส่งสัญญาณโทรทัศน์และวิทยุ สถานีวิทยุกระจายเสียงและศูนย์กลางของหน่วยงานที่เกี่ยวข้องจำนวนมากตั้งอยู่ในดินแดนของรัสเซียในปัจจุบัน สถานีส่งสัญญาณและศูนย์ตั้งอยู่ในพื้นที่ที่กำหนดเป็นพิเศษสำหรับพวกเขาและสามารถครอบครองได้ค่อนข้างมาก ดินแดนขนาดใหญ่(มากถึง 1,000 เฮกตาร์) ตามโครงสร้างแล้ว ประกอบด้วยอาคารทางเทคนิคตั้งแต่หนึ่งอาคารขึ้นไป ซึ่งเป็นที่ตั้งของเครื่องส่งวิทยุ และสนามเสาอากาศ ซึ่งเป็นที่ตั้งของระบบป้อนเสาอากาศ (AFS) หลายโหล แต่ละระบบประกอบด้วยเสาอากาศกระจายและสายป้อนที่นำสัญญาณออกอากาศ

การสื่อสารผ่านดาวเทียม ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมประกอบด้วยสถานีส่งสัญญาณบนพื้นโลกและดาวเทียม - เครื่องทวนสัญญาณในวงโคจร สถานีสื่อสารผ่านดาวเทียมที่ส่งสัญญาณจะปล่อยลำคลื่นที่มีทิศทางแคบๆ ซึ่งเป็นความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานที่สูงถึงหลายร้อยวัตต์/เมตร ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูงที่ระยะห่างจากเสาอากาศมากพอสมควร ตัวอย่างเช่น สถานีที่มีกำลังไฟ 225 กิโลวัตต์ ทำงานที่ความถี่ 2.38 GHz สร้างความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานที่ 2.8 วัตต์/ตร.ม. ที่ระยะทาง 100 กม. การกระเจิงของพลังงานที่สัมพันธ์กับลำแสงหลักนั้นมีขนาดเล็กมากและเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในบริเวณตำแหน่งโดยตรงของเสาอากาศ

การสื่อสารผ่านเซลลูล่าร์ในปัจจุบัน วิทยุโทรศัพท์เคลื่อนที่เป็นหนึ่งในระบบโทรคมนาคมที่มีการพัฒนาอย่างเข้มข้นที่สุดระบบหนึ่ง องค์ประกอบหลักของระบบสื่อสารเคลื่อนที่คือสถานีฐานและวิทยุโทรศัพท์เคลื่อนที่ สถานีฐานรักษาการสื่อสารทางวิทยุกับอุปกรณ์เคลื่อนที่ซึ่งเป็นผลมาจากแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ระบบใช้หลักการแบ่งพื้นที่ครอบคลุมเป็นโซนหรือที่เรียกว่า “เซลล์” รัศมีกิโลเมตร

ความเข้มของการแผ่รังสีของสถานีฐานนั้นพิจารณาจากภาระนั่นคือการมีเจ้าของโทรศัพท์มือถือในพื้นที่ให้บริการของสถานีฐานเฉพาะและความต้องการใช้โทรศัพท์เพื่อการสนทนาซึ่งโดยพื้นฐานแล้ว ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน ที่ตั้งของสถานี วันในสัปดาห์ และปัจจัยอื่นๆ ในเวลากลางคืนการโหลดสถานีเกือบจะเป็นศูนย์ ความเข้มของรังสีของอุปกรณ์มือถือส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสถานะของช่องทางการสื่อสาร "วิทยุโทรศัพท์เคลื่อนที่ - สถานีฐาน" (ยิ่งห่างจากสถานีฐานมากเท่าใด ความเข้มของรังสีของอุปกรณ์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น)

การขนส่งด้วยไฟฟ้า การขนส่งด้วยไฟฟ้า (รถราง รถราง รถไฟใต้ดิน ฯลฯ) เป็นแหล่งพลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่ Hz ในขณะเดียวกัน ในกรณีส่วนใหญ่ มอเตอร์ไฟฟ้าแบบฉุดลากจะทำหน้าที่เป็นตัวส่งสัญญาณหลัก (สำหรับรถเข็นและรถราง ตัวเก็บกระแสอากาศจะแข่งขันกับมอเตอร์ไฟฟ้าในแง่ของความแรงของสนามไฟฟ้าที่แผ่ออกมา)

การติดตั้งเรดาร์ โดยปกติการติดตั้งเรดาร์และเรดาร์จะมีเสาอากาศแบบแผ่นสะท้อนแสง ("จาน") และปล่อยลำแสงวิทยุที่พุ่งออกไปในวงแคบ การเคลื่อนที่เป็นระยะของเสาอากาศในอวกาศทำให้เกิดความไม่ต่อเนื่องเชิงพื้นที่ของรังสี นอกจากนี้ยังมีความไม่ต่อเนื่องของรังสีชั่วคราวเนื่องจากการทำงานของเรดาร์สำหรับการแผ่รังสีเป็นวงกลม พวกเขาทำงานที่ความถี่ตั้งแต่ 500 MHz ถึง 15 GHz แต่การติดตั้งพิเศษบางอย่างสามารถทำงานที่ความถี่สูงถึง 100 GHz หรือมากกว่า เนื่องจากลักษณะพิเศษของการแผ่รังสี จึงสามารถสร้างโซนที่มีความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานสูง (100 วัตต์/ตร.ม. หรือมากกว่า) บนพื้นดินได้

เครื่องตรวจจับโลหะ ในทางเทคโนโลยี หลักการทำงานของเครื่องตรวจจับโลหะขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการลงทะเบียนสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นรอบๆ วัตถุโลหะใดๆ เมื่อวางวัตถุนั้นไว้ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้าทุติยภูมินี้มีความแตกต่างกันทั้งในด้านความเข้ม (ความแรงของสนาม) และในพารามิเตอร์อื่นๆ พารามิเตอร์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับขนาดของวัตถุและค่าการนำไฟฟ้า (ทองและเงินมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีกว่า เช่น ตะกั่ว) และแน่นอน ระยะห่างระหว่างเสาอากาศของเครื่องตรวจจับโลหะกับวัตถุ (ความลึกของการเกิดขึ้น)

เทคโนโลยีข้างต้นกำหนดองค์ประกอบของเครื่องตรวจจับโลหะ: ประกอบด้วยบล็อกหลักสี่ส่วน: เสาอากาศ (บางครั้งเสาอากาศที่ปล่อยและรับต่างกัน และบางครั้งก็เป็นเสาอากาศเดียวกัน) หน่วยประมวลผลอิเล็กทรอนิกส์ หน่วยส่งออกข้อมูล (ภาพ - จอ LCD หรือลูกศรแสดงสถานะและเสียง - แจ็คลำโพงหรือหูฟัง) และแหล่งจ่ายไฟ

เครื่องตรวจจับโลหะคือ: การตรวจสอบการค้นหาสำหรับวัตถุประสงค์ในการก่อสร้าง

ค้นหาเครื่องตรวจจับโลหะนี้ออกแบบมาเพื่อค้นหาวัตถุที่เป็นโลหะทุกชนิด ตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้มีขนาดราคาและค่าใช้จ่ายที่ใหญ่ที่สุดในแง่ของฟังก์ชั่นของแบบจำลอง นี่เป็นเพราะบางครั้งคุณต้องค้นหาวัตถุที่ความลึกหลายเมตรในความหนาของโลก เสาอากาศอันทรงพลังสามารถสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับสูง และตรวจจับกระแสแม้เพียงน้อยนิดที่ระดับความลึกมากด้วยความไวสูง ตัวอย่างเช่น เครื่องตรวจจับโลหะแบบค้นหาจะตรวจจับเหรียญโลหะที่ความลึก 2-3 เมตรในพื้นโลก ซึ่งอาจมีสารประกอบทางธรณีวิทยาที่เป็นเหล็กปนอยู่ด้วย

การตรวจสอบ ใช้บริการพิเศษ เจ้าหน้าที่ศุลกากร และเจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัยขององค์กรต่างๆ เพื่อค้นหาวัตถุโลหะ (อาวุธ โลหะมีค่า สายของอุปกรณ์ระเบิด ฯลฯ) ที่ซ่อนอยู่ในร่างกายและในเสื้อผ้าของบุคคล เครื่องตรวจจับโลหะเหล่านี้โดดเด่นด้วยความกะทัดรัด ใช้งานง่าย การมีโหมดต่างๆ เช่น การสั่นสะเทือนแบบเงียบของด้ามจับ (เพื่อให้ผู้ค้นหาไม่ทราบว่าเจ้าหน้าที่ค้นหาพบบางสิ่ง) ช่วง (ความลึก) ของการตรวจจับเหรียญรูเบิลในเครื่องตรวจจับโลหะนั้นสูงถึง 10-15 ซม.

เครื่องตรวจจับโลหะแบบโค้งซึ่งภายนอกมีลักษณะคล้ายกับซุ้มประตูและต้องใช้คนเดินผ่าน ยังใช้กันอย่างแพร่หลาย เสาอากาศที่มีความไวสูงจะวางตามผนังแนวตั้ง ซึ่งจะตรวจจับวัตถุที่เป็นโลหะในทุกระดับความสูงของมนุษย์ โดยปกติจะติดตั้งไว้หน้าสถานที่บันเทิงทางวัฒนธรรม ในธนาคาร สถาบัน ฯลฯ คุณสมบัติหลักเครื่องตรวจจับโลหะแบบโค้ง - ความไวสูง (ปรับได้) และความเร็วสูงในการประมวลผลการไหลของผู้คน

สำหรับวัตถุประสงค์ในการก่อสร้าง เครื่องตรวจจับโลหะประเภทนี้พร้อมเสียงและสัญญาณเตือนภัยช่วยให้ผู้สร้างสามารถค้นหาท่อโลหะ ส่วนประกอบโครงสร้าง หรือไดรฟ์ที่อยู่ได้ทั้งในความหนาของผนังและด้านหลังพาร์ติชันและแผงปลอม เครื่องตรวจจับโลหะบางชนิดสำหรับวัตถุประสงค์ในการก่อสร้างมักรวมไว้ในเครื่องเดียวโดยมีเครื่องตรวจจับโครงสร้างไม้ เครื่องตรวจจับแรงดันไฟฟ้าบนสายไฟ เครื่องตรวจจับไฟรั่ว ฯลฯ

นามธรรม

ในวินัย "ฟิสิกส์"

หัวข้อ: "การค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า"

สมบูรณ์:

นักเรียนหมู่ 13103/1

เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

2. การทดลองของฟาราเดย์ 3

3. การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ เก้า

4. รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว .. 12

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า - ปรากฏการณ์ของการเกิดขึ้นของกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กผ่านการเปลี่ยนแปลง การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบโดย Michael Faraday เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 เขาพบว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในวงจรตัวนำแบบปิดเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจรนี้ ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ - การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเองหรือการเคลื่อนที่ของวงจร (หรือบางส่วน) ในสนามแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าที่เกิดจาก EMF นี้เรียกว่า กระแสเหนี่ยวนำ

ในปี 1820 ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตดแสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรทำให้เข็มแม่เหล็กหักเห หากกระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก ลักษณะของกระแสไฟฟ้าจะต้องสัมพันธ์กับอำนาจแม่เหล็ก ความคิดนี้ดึงดูดนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ M. Faraday “เปลี่ยนแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า” เขาเขียนในปี 1822 ในไดอารี่ของเขา

ไมเคิล ฟาราเดย์

Michael Faraday (1791-1867) เกิดในลอนดอน ซึ่งเป็นหนึ่งในย่านที่ยากจนที่สุด พ่อของเขาเป็นช่างตีเหล็ก และแม่ของเขาเป็นลูกสาวของชาวนาเช่า เมื่อถึงวันเดย์ วัยเรียนเขาถูกส่งไปโรงเรียนประถม หลักสูตรของฟาราเดย์ที่นี่แคบมากและจำกัดเฉพาะการสอนการอ่าน การเขียน และการเริ่มนับเท่านั้น

ไม่กี่ก้าวจากบ้านที่ครอบครัวฟาราเดย์อาศัยอยู่ มีร้านหนังสือซึ่งเป็นร้านเย็บเล่มด้วย นี่คือจุดที่ฟาราเดย์มาถึงหลังจากจบหลักสูตร โรงเรียนประถมศึกษาเมื่อเกิดคำถามถึงการเลือกอาชีพให้กับเขา ไมเคิลในเวลานั้นอายุเพียง 13 ปี ในวัยหนุ่ม เมื่อฟาราเดย์เพิ่งเริ่มการศึกษาด้วยตนเอง เขาพยายามที่จะพึ่งพาข้อเท็จจริงเพียงอย่างเดียวและยืนยันรายงานของผู้อื่นด้วยประสบการณ์ของเขาเอง

แรงบันดาลใจเหล่านี้ครอบงำเขาตลอดชีวิตในฐานะคุณสมบัติหลักของเขา กิจกรรมทางวิทยาศาสตร์กายภาพและ การทดลองทางเคมีฟาราเดย์เริ่มทำสิ่งนี้ตั้งแต่ยังเป็นเด็กเมื่อทำความรู้จักกับฟิสิกส์และเคมีเป็นครั้งแรก ครั้งหนึ่ง Michael เข้าร่วมฟังการบรรยายของ Humphrey Davy นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ ฟาราเดย์จดรายละเอียดเกี่ยวกับการบรรยาย มัดมัน แล้วส่งไปให้เดวี่ เขาประทับใจมากที่เขาเสนอให้ฟาราเดย์ทำงานเป็นเลขานุการกับเขา ในไม่ช้าเดวี่ก็ไปเที่ยวยุโรปและพาฟาราเดย์ไปด้วย พวกเขาไปเยี่ยมชมมหาวิทยาลัยในยุโรปที่ใหญ่ที่สุดเป็นเวลาสองปี

กลับไปลอนดอนในปี พ.ศ. 2358 ฟาราเดย์เริ่มทำงานเป็นผู้ช่วยในห้องทดลองของ Royal Institution ในลอนดอน ขณะนั้นเป็นห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์ที่ดีที่สุดแห่งหนึ่งของโลก ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2359 ถึง พ.ศ. 2361 ฟาราเดย์ได้ตีพิมพ์บันทึกย่อและบันทึกความทรงจำเกี่ยวกับเคมีจำนวนหนึ่ง งานฟิสิกส์ชิ้นแรกของ Faraday ย้อนกลับไปในปี 1818

จากประสบการณ์ของบรรพบุรุษของเขาและรวมประสบการณ์หลายอย่างของเขาเข้าด้วยกัน ภายในเดือนกันยายน พ.ศ. 2364 ไมเคิลได้พิมพ์ "เรื่องราวความสำเร็จของแม่เหล็กไฟฟ้า" ในเวลานั้นเขาสร้างแนวคิดที่ถูกต้องอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับสาระสำคัญของปรากฏการณ์การโก่งตัวของเข็มแม่เหล็กภายใต้การกระทำของกระแส

หลังจากประสบความสำเร็จนี้ ฟาราเดย์ออกจากการศึกษาด้านไฟฟ้าเป็นเวลาสิบปี อุทิศตนให้กับการศึกษาวิชาต่างๆ หลายประเภท ในปี พ.ศ. 2366 ฟาราเดย์ได้ค้นพบสิ่งที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในสาขาฟิสิกส์ เป็นครั้งแรกที่เขาประสบความสำเร็จในการทำให้ก๊าซกลายเป็นของเหลว และในขณะเดียวกันก็สร้างวิธีการที่เรียบง่ายแต่ใช้ได้สำหรับการแปลงก๊าซให้เป็นของเหลว ในปี พ.ศ. 2367 ฟาราเดย์ได้ค้นพบหลายอย่างในสาขาฟิสิกส์ เหนือสิ่งอื่นใด เขาสร้างความจริงที่ว่าแสงส่งผลต่อสีของกระจก ทำให้กระจกเปลี่ยนไป ในปีต่อมา ฟาราเดย์เปลี่ยนจากฟิสิกส์เป็นเคมีอีกครั้ง และผลงานของเขาในด้านนี้คือการค้นพบน้ำมันเบนซินและกรดแนฟทาลีนซัลฟิวริก

ในปี พ.ศ. 2374 ฟาราเดย์ได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับภาพลวงตาชนิดพิเศษ ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับกระสุนแสงที่สวยงามและน่าค้นหาที่เรียกว่า "โครโมโทรป" ในปีเดียวกันนั้น มีการตีพิมพ์บทความเรื่อง "บนแผ่นสั่นสะเทือน" ของนักวิทยาศาสตร์อีกเล่มหนึ่ง งานเหล่านี้หลายชิ้นสามารถทำให้ชื่อของผู้แต่งเป็นอมตะได้ด้วยตัวเอง แต่ที่สำคัญที่สุดของ ผลงานทางวิทยาศาสตร์ฟาราเดย์เป็นงานวิจัยของเขาในด้านแม่เหล็กไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำไฟฟ้า

การทดลองของฟาราเดย์

ฟาราเดย์หมกมุ่นอยู่กับแนวคิดเกี่ยวกับการเชื่อมต่อที่แยกกันไม่ออกและปฏิสัมพันธ์ของพลังธรรมชาติ ฟาราเดย์พยายามพิสูจน์ว่าแอมแปร์สามารถสร้างแม่เหล็กด้วยไฟฟ้าได้ เช่นเดียวกับที่แอมแปร์สามารถสร้างแม่เหล็กด้วยไฟฟ้า ดังนั้น จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือของแม่เหล็ก

ตรรกะของมันง่ายมาก: งานเชิงกลเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ง่าย ในทางกลับกัน ความร้อนสามารถแปลงเป็น งานเครื่องกล(ขอบอกว่าอิน เครื่องยนต์ไอน้ำ). โดยทั่วไป ท่ามกลางพลังแห่งธรรมชาติ ความสัมพันธ์ต่อไปนี้มักเกิดขึ้น: ถ้า A ให้กำเนิด B แล้ว B ให้กำเนิด A

หากแอมแปร์ได้รับแม่เหล็กด้วยไฟฟ้า เห็นได้ชัดว่าเป็นไปได้ที่จะ "ได้รับไฟฟ้าจากแม่เหล็กธรรมดา" Arago และ Ampère ทำหน้าที่เดียวกันในปารีส Colladon ในเจนีวา

กล่าวโดยเคร่งครัด ฟิสิกส์สาขาสำคัญที่ปฏิบัติต่อปรากฏการณ์ของแม่เหล็กไฟฟ้าและไฟฟ้าอุปนัย และปัจจุบันมีความสำคัญอย่างมากต่อเทคโนโลยี ถูกสร้างขึ้นโดยฟาราเดย์จากความว่างเปล่า เมื่อถึงเวลาที่ฟาราเดย์อุทิศตนเพื่อการวิจัยด้านไฟฟ้าในที่สุด ก็เป็นที่ยอมรับว่าภายใต้สภาวะปกติ การปรากฏตัวของวัตถุไฟฟ้าก็เพียงพอแล้วที่อิทธิพลของมันจะไปกระตุ้นไฟฟ้าในร่างกายอื่นๆ ในเวลาเดียวกัน เป็นที่ทราบกันดีว่าสายไฟที่กระแสไหลผ่านและซึ่งเป็นตัวไฟฟ้าด้วยนั้นไม่มีผลกระทบต่อสายไฟอื่น ๆ ที่วางอยู่ใกล้ ๆ

อะไรทำให้เกิดข้อยกเว้นนี้ นี่คือคำถามที่ฟาราเดย์สนใจและวิธีแก้ปัญหาซึ่งนำเขาไปสู่การค้นพบที่สำคัญที่สุดในด้านไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ฟาราเดย์ทำการทดลองมากมาย เขาอุทิศหนึ่งย่อหน้าให้กับการศึกษาเล็กๆ แต่ละครั้งในบันทึกในห้องปฏิบัติการของเขา (ตีพิมพ์ฉบับเต็มในลอนดอนในปี 1931 ภายใต้ชื่อ "Faraday's Diary") อย่างน้อยข้อเท็จจริงที่ว่าย่อหน้าสุดท้ายของ Diary มีหมายเลข 16041 กำกับไว้ก็พูดถึงประสิทธิภาพของ Faraday

นอกเหนือจากความเชื่อมั่นโดยสัญชาตญาณในความเชื่อมโยงของปรากฏการณ์สากลแล้ว อันที่จริง ไม่มีอะไรสนับสนุนเขาในการค้นหา "ไฟฟ้าจากแม่เหล็ก" นอกจากนี้ เช่นเดียวกับครูของเขา Devi อาศัยการทดลองของตัวเองมากกว่าการสร้างจิต เดวี่สอนเขาว่า:

“การทดลองที่ดีมีค่ามากกว่าความรอบคอบของอัจฉริยะอย่างนิวตัน

อย่างไรก็ตาม ฟาราเดย์คือผู้ที่ถูกกำหนดให้ค้นพบสิ่งยิ่งใหญ่ เขาเป็นนักสัจนิยมที่ยอดเยี่ยม เขาฉีกโซ่ตรวนของลัทธินิยมนิยมซึ่งครั้งหนึ่งเคยผูกมัดกับเขาโดย Devi และในช่วงเวลาเหล่านั้น ความเข้าใจอันลึกซึ้งก็เริ่มต้นขึ้นในตัวเขา - เขาได้รับความสามารถในการสรุปภาพรวมที่ลึกที่สุด

โชคริบหรี่แรกปรากฏขึ้นในวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 เท่านั้น ในวันนี้ ฟาราเดย์กำลังทดสอบอุปกรณ์ง่ายๆ ในห้องทดลอง: วงแหวนเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6 นิ้ว พันรอบลวดฉนวนสองชิ้น เมื่อฟาราเดย์ต่อแบตเตอรี่เข้ากับขั้วของขดลวดเส้นหนึ่ง ผู้ช่วยของเขา จ่าทหารปืนใหญ่ Andersen เห็นเข็มของกัลวาโนมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับขดลวดอีกอันหนึ่ง

เธอกระตุกและสงบลงแม้ว่ากระแสตรงจะยังคงไหลผ่านขดลวดแรก ฟาราเดย์ตรวจสอบรายละเอียดทั้งหมดของการติดตั้งอย่างง่ายนี้อย่างรอบคอบ - ทุกอย่างเป็นไปตามลำดับ

แต่เข็มแกลแวนอมิเตอร์หยุดนิ่งอยู่ที่ศูนย์ ด้วยความรำคาญ ฟาราเดย์ตัดสินใจปิดกระแสไฟ และจากนั้นปาฏิหาริย์ก็เกิดขึ้น - ระหว่างการเปิดวงจร เข็มกัลวาโนมิเตอร์เหวี่ยงซ้ำแล้วซ้ำอีกจนแข็งเป็นศูนย์!

กัลวาโนมิเตอร์ซึ่งยังคงอยู่อย่างสมบูรณ์ตลอดเส้นทางของกระแสจะเริ่มสั่นเมื่อปิดวงจรและเมื่อเปิดวงจร ปรากฎว่าในขณะที่กระแสผ่านเข้าไปในสายแรกและเมื่อการส่งข้อมูลนี้หยุดลง กระแสก็ตื่นเต้นในสายที่สองเช่นกัน ซึ่งในกรณีแรกมีทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสแรกและเป็น เช่นเดียวกับในกรณีที่สองและคงอยู่เพียงชั่วพริบตาเดียวเท่านั้น

ที่นี่เองที่แนวคิดดีๆ ของแอมแปร์ ความเชื่อมโยงระหว่างกระแสไฟฟ้าและแม่เหล็ก ได้ถูกเปิดเผยอย่างชัดเจนต่อฟาราเดย์ ท้ายที่สุดขดลวดแรกที่เขาใช้กระแสก็กลายเป็นแม่เหล็กทันที หากเรามองว่ามันเป็นแม่เหล็ก การทดลองเมื่อวันที่ 29 สิงหาคมแสดงให้เห็นว่าแม่เหล็กดูเหมือนจะก่อให้เกิดไฟฟ้า มีเพียงสองสิ่งที่แปลกในกรณีนี้: ทำไมไฟฟ้ากระชากเมื่อเปิดแม่เหล็กไฟฟ้าจึงจางหายไปอย่างรวดเร็ว และยิ่งกว่านั้น เหตุใดไฟกระชากจึงปรากฏขึ้นเมื่อปิดแม่เหล็ก

วันรุ่งขึ้น 30 สิงหาคม - ชุดใหม่การทดลอง เอฟเฟกต์แสดงออกมาอย่างชัดเจน แต่ก็ยังไม่สามารถเข้าใจได้อย่างสมบูรณ์

ฟาราเดย์รู้สึกว่าการเปิดอยู่ใกล้ ๆ

“ตอนนี้ฉันกลับมามีส่วนร่วมในแม่เหล็กไฟฟ้าอีกครั้ง และฉันคิดว่าฉันได้โจมตีสิ่งที่ประสบความสำเร็จแล้ว แต่ฉันยังไม่สามารถยืนยันได้ อาจเป็นไปได้ว่าหลังจากตรากตรำทั้งหมดของฉัน ในที่สุดฉันก็จะดึงสาหร่ายออกมาแทนที่จะเป็นปลา

ในเช้าวันรุ่งขึ้น 24 กันยายน ฟาราเดย์ได้เตรียมอุปกรณ์ต่างๆ มากมาย ซึ่งองค์ประกอบหลักไม่ใช่ขดลวดของกระแสไฟฟ้าอีกต่อไป แต่ แม่เหล็กถาวร. และมีเอฟเฟกต์ด้วย! ลูกศรเบี่ยงเบนและพุ่งเข้าใส่ทันที การเคลื่อนไหวเล็กน้อยนี้เกิดขึ้นระหว่างการจัดการกับแม่เหล็กที่ไม่คาดคิดที่สุด บางครั้งก็ดูเหมือนบังเอิญ

การทดลองครั้งต่อไปคือวันที่ 1 ตุลาคม ฟาราเดย์ตัดสินใจกลับไปสู่จุดเริ่มต้น - เป็นขดลวดสองเส้น: อันหนึ่งมีกระแสและอีกอันเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ ความแตกต่างจากการทดลองครั้งแรกคือการไม่มีวงแหวนเหล็ก - แกนกลาง การกระเซ็นแทบจะมองไม่เห็น ผลที่ได้คือเล็กน้อย เป็นที่ชัดเจนว่าแม่เหล็กที่ไม่มีแกนจะอ่อนแอกว่าแม่เหล็กที่มีแกนมาก ดังนั้นเอฟเฟกต์จึงเด่นชัดน้อยกว่า

ฟาราเดย์ผิดหวัง เป็นเวลาสองสัปดาห์ที่เขาไม่ได้เข้าใกล้เครื่องดนตรีโดยคิดถึงสาเหตุของความล้มเหลว

“ฉันเอาแท่งแม่เหล็กทรงกระบอก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 3/4 นิ้วและยาว 8 1/4 นิ้ว) แล้วเสียบปลายด้านหนึ่งเข้ากับขดลวดทองแดง (ยาว 220 ฟุต) ที่ต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ จากนั้น ด้วยการเคลื่อนไหวที่รวดเร็ว ฉันผลักแม่เหล็กเข้าไปจนสุดความยาวของเกลียว และเข็มของกัลวาโนมิเตอร์เกิดการกระแทก จากนั้นฉันก็ดึงแม่เหล็กออกจากเกลียวอย่างรวดเร็วและเข็มก็หมุนอีกครั้ง แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม การแกว่งของเข็มเหล่านี้เกิดขึ้นซ้ำๆ กันทุกครั้งที่ผลักแม่เหล็กเข้าหรือออก"

ความลับอยู่ในการเคลื่อนไหวของแม่เหล็ก! แรงกระตุ้นของไฟฟ้าไม่ได้ถูกกำหนดโดยตำแหน่งของแม่เหล็ก แต่โดยการเคลื่อนไหว!

ซึ่งหมายความว่า "คลื่นไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่เท่านั้น และไม่ได้เกิดจากคุณสมบัติที่มีอยู่ในตัวแม่เหล็กเมื่ออยู่นิ่ง"

ข้าว. 2. การทดลองของฟาราเดย์กับขดลวด

ความคิดนี้ได้ผลดีมาก หากการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กสัมพันธ์กับตัวนำทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า เห็นได้ชัดว่าการเคลื่อนที่ของตัวนำสัมพันธ์กับแม่เหล็กจะต้องสร้างกระแสไฟฟ้าด้วย! ยิ่งไปกว่านั้น "คลื่นไฟฟ้า" นี้จะไม่หายไปตราบเท่าที่การเคลื่อนไหวร่วมกันของตัวนำและแม่เหล็กยังคงดำเนินต่อไป ซึ่งหมายความว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่ทำงานเป็นเวลานานโดยพลการตราบใดที่ลวดและแม่เหล็กยังคงเคลื่อนไหวร่วมกัน!

เมื่อวันที่ 28 ตุลาคม ฟาราเดย์ได้ติดตั้งจานหมุนทองแดงระหว่างขั้วของแม่เหล็กรูปเกือกม้า ซึ่งแรงดันไฟฟ้าจะถูกลบออกโดยใช้หน้าสัมผัสแบบเลื่อน (อันหนึ่งอยู่บนแกน อีกอันอยู่ที่ขอบของจาน) เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกที่สร้างขึ้นด้วยมือมนุษย์ ดังนั้นจึงพบแหล่งพลังงานไฟฟ้าใหม่นอกเหนือจากที่รู้จักกันก่อนหน้านี้ (แรงเสียดทานและกระบวนการทางเคมี) - การเหนี่ยวนำและพลังงานชนิดใหม่ - ไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

การทดลองที่คล้ายกับของฟาราเดย์ดังที่ได้กล่าวไปแล้วได้ดำเนินการในฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ Colladon ศาสตราจารย์แห่งสถาบันเจนีวาเป็นนักทดลองที่เชี่ยวชาญ (เช่น เขาวัดความเร็วของเสียงในน้ำที่ทะเลสาบเจนีวาได้อย่างแม่นยำ) บางทีเขาอาจกลัวการสั่นของอุปกรณ์ เขาจึงถอดกัลวาโนมิเตอร์ออกจากส่วนอื่นๆ ของการติดตั้งให้ไกลที่สุดเท่าที่จะทำได้ เช่นเดียวกับฟาราเดย์ หลายคนอ้างว่า Colladon สังเกตการเคลื่อนไหวของลูกศรที่หายวับไปเช่นเดียวกับ Faraday แต่คาดว่าจะมีผลที่เสถียรและยาวนานกว่า ไม่ได้ให้ความสำคัญกับการระเบิด "แบบสุ่ม" เหล่านี้ ...

อันที่จริง ความเห็นของนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ในยุคนั้นก็คือ ผลย้อนกลับของ "การสร้างไฟฟ้าจากอำนาจแม่เหล็ก" ดูเหมือนจะมีลักษณะคงที่เหมือนกับผล "โดยตรง" นั่นคือ "การก่อตัวเป็นแม่เหล็ก" เนื่องจากกระแสไฟฟ้า "ความชั่วคราว" ที่คาดไม่ถึงของเอฟเฟกต์นี้ทำให้หลายคนงุนงง รวมถึง Colladon และหลายคนเหล่านี้จ่ายให้กับอคติของพวกเขา

จากการทดลองของเขาต่อไป ฟาราเดย์ค้นพบเพิ่มเติมว่าวิธีการง่ายๆ ของเส้นลวดที่บิดเป็นเส้นโค้งปิดไปยังอีกเส้นหนึ่ง ซึ่งกระแสกัลวานิกไหลนั้นเพียงพอที่จะกระตุ้นกระแสเหนี่ยวนำในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสกัลวานิกในเส้นลวดที่เป็นกลาง การดึงลวดที่เป็นกลางออกอีกครั้งจะกระตุ้นกระแสอุปนัยในนั้น กระแสนั้น อยู่ในทิศทางเดียวกับกระแสกัลวานิกที่ไหลไปตามลวดคงที่ และในที่สุด กระแสเหนี่ยวนำเหล่านี้จะถูกกระตุ้นเฉพาะระหว่างการเข้าใกล้และการกำจัดของ ต่อสายเข้ากับตัวนำของกระแสกัลวานิก และหากไม่มีการเคลื่อนไหวนี้ กระแสจะไม่ถูกกระตุ้น ไม่ว่าสายจะอยู่ใกล้กันเพียงใด

ดังนั้นจึงมีการค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ซึ่งคล้ายกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำที่อธิบายไว้ข้างต้นระหว่างการปิดและสิ้นสุดของกระแสกัลวานิก การค้นพบเหล่านี้ก่อให้เกิดสิ่งใหม่ๆ หากเป็นไปได้ที่จะสร้างกระแสเหนี่ยวนำโดยการปิดและหยุดกระแสกัลวานิก ผลลัพธ์เดียวกันนี้จะได้รับจากการทำให้เป็นแม่เหล็กและการล้างอำนาจแม่เหล็กของเหล็กหรือไม่

งานของ Oersted และ Ampère ได้สร้างความสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กและไฟฟ้าแล้ว เป็นที่ทราบกันดีว่าเหล็กกลายเป็นแม่เหล็กเมื่อพันลวดฉนวนรอบๆ และกระแสกัลวานิกไหลผ่าน คุณสมบัติแม่เหล็กของเหล็กนี้หยุดทันทีที่กระแสหยุด

จากสิ่งนี้ ฟาราเดย์จึงเกิดการทดลองแบบนี้ขึ้น: ลวดหุ้มฉนวนสองเส้นพันรอบวงแหวนเหล็ก ยิ่งกว่านั้นลวดเส้นหนึ่งพันรอบวงแหวนครึ่งหนึ่งและอีกเส้นหนึ่งพันรอบวงแหวน กระแสไฟจากแบตเตอรี่กัลวานิกผ่านสายเส้นหนึ่ง และปลายสายอีกเส้นเชื่อมต่อกับกัลวานิก ดังนั้น เมื่อกระแสปิดหรือหยุด และเมื่อวงแหวนเหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็กหรือลดอำนาจแม่เหล็ก เข็มแกลวาโนมิเตอร์จะสั่นอย่างรวดเร็วและหยุดลงอย่างรวดเร็ว นั่นคือกระแสอุปนัยที่เกิดขึ้นทันทีเดียวกันทั้งหมดถูกกระตุ้นในลวดที่เป็นกลาง - นี่ เวลา: อยู่ภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็ก

ข้าว. 3. การทดลองของฟาราเดย์กับวงแหวนเหล็ก

ที่นี่เป็นครั้งแรกที่แม่เหล็กถูกแปลงเป็นไฟฟ้า เมื่อได้รับผลลัพธ์เหล่านี้ ฟาราเดย์จึงตัดสินใจเปลี่ยนการทดลองของเขา แทนที่จะใช้ห่วงเหล็ก เขาเริ่มใช้สายรัดเหล็ก แทนที่จะเป็นแม่เหล็กที่น่าตื่นเต้นในเหล็กด้วยกระแสกัลวานิก เขาทำให้เหล็กเป็นแม่เหล็กโดยแตะเหล็กกับแม่เหล็กถาวร ผลลัพธ์ก็เหมือนเดิม: ในลวดที่พันรอบเหล็ก กระแสจะตื่นเต้นเสมอในขณะที่แม่เหล็กและแม่เหล็กของเหล็กถูกกระตุ้น จากนั้นฟาราเดย์ได้ใส่แม่เหล็กเหล็กเข้าไปในเกลียวของเส้นลวด การเข้าหาและการดึงแม่เหล็กออกทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำในเส้นลวด กล่าวอีกนัยหนึ่ง อำนาจแม่เหล็กในแง่ของการกระตุ้นของกระแสอุปนัย ทำหน้าที่ในลักษณะเดียวกับกระแสกัลวานิกทุกประการ

ในเวลานั้น นักฟิสิกส์หมกมุ่นอยู่กับปรากฏการณ์ลึกลับอย่างหนึ่งที่ Arago ค้นพบในปี 1824 และไม่สามารถหาคำอธิบายได้ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นในยุคนั้น เช่น Arago เอง, Ampère, Poisson, Babaj และ Herschel ต่างก็มองหาสิ่งนี้อย่างเข้มข้น คำอธิบาย. เรื่องมีดังนี้ เข็มแม่เหล็กที่แขวนอย่างอิสระจะหยุดลงอย่างรวดเร็วหากนำวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็กมาไว้ข้างใต้ ถ้าวงกลมเข้าสู่การเคลื่อนที่แบบหมุน เข็มแม่เหล็กจะเริ่มเคลื่อนตาม

ในสภาวะที่สงบ เป็นไปไม่ได้ที่จะค้นพบแรงดึงดูดหรือแรงผลักเพียงเล็กน้อยระหว่างวงกลมกับลูกศร ในขณะที่วงกลมเดียวกันซึ่งกำลังเคลื่อนที่อยู่นั้น ไม่เพียงแต่ดึงลูกศรเบาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแม่เหล็กขนาดใหญ่ด้วย ปรากฏการณ์ที่น่าอัศจรรย์อย่างแท้จริงนี้ดูเหมือนเป็นปริศนาลึกลับสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในเวลานั้น ซึ่งเป็นสิ่งที่เหนือธรรมชาติ ฟาราเดย์อิงจากข้อมูลข้างต้นของเขา ตั้งสมมติฐานว่าวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็กนั้นถูกหมุนเวียนระหว่างการหมุนโดยกระแสเหนี่ยวนำที่กระทบกับเข็มแม่เหล็กและดึงไปทางด้านหลังแม่เหล็ก ที่จริงแล้วการแทรกขอบของวงกลมระหว่างขั้วของแม่เหล็กรูปเกือกม้าขนาดใหญ่และเชื่อมต่อศูนย์กลางและขอบของวงกลมด้วยกัลวาโนมิเตอร์ด้วยลวด ฟาราเดย์ได้รับกระแสไฟฟ้าคงที่ระหว่างการหมุนของวงกลม

หลังจากนี้ ฟาราเดย์ได้พิจารณาปรากฏการณ์อื่นที่ก่อให้เกิดความอยากรู้อยากเห็นโดยทั่วไป ดังที่คุณทราบ หากผงตะไบเหล็กถูกโรยลงบนแม่เหล็ก พวกมันจะถูกจัดกลุ่มตามเส้นที่กำหนด เรียกว่า เส้นโค้งแม่เหล็ก ฟาราเดย์ดึงความสนใจมาที่ปรากฏการณ์นี้ ทำให้รากฐานในปี 1831 เป็นเส้นโค้งแม่เหล็ก ชื่อ "เส้นแรงแม่เหล็ก" ซึ่งหลังจากนั้นก็ถูกนำมาใช้ทั่วไป การศึกษา "เส้น" เหล่านี้ทำให้ฟาราเดย์ค้นพบสิ่งใหม่ ปรากฎว่าสำหรับการกระตุ้นกระแสอุปนัย ไม่จำเป็นต้องเข้าหาและกำจัดแหล่งกำเนิดออกจากขั้วแม่เหล็ก เพื่อกระตุ้นกระแส ก็เพียงพอแล้วที่จะข้ามเส้นแรงแม่เหล็กในทางที่ทราบ

ข้าว. 4. "เส้นแรงแม่เหล็ก"

ผลงานเพิ่มเติมของ Faraday ในทิศทางดังกล่าวที่ได้มาจากมุมมองที่ทันสมัย ​​ลักษณะของบางสิ่งที่น่าอัศจรรย์อย่างสมบูรณ์ ในตอนต้นของปี พ.ศ. 2375 เขาได้สาธิตอุปกรณ์ที่ทำให้กระแสอุปนัยตื่นเต้นโดยไม่ต้องใช้แม่เหล็กหรือกระแสกัลวานิกช่วย อุปกรณ์ประกอบด้วยแถบเหล็กที่วางอยู่ในขดลวด อุปกรณ์นี้ภายใต้สภาวะปกติไม่ได้ให้สัญญาณการปรากฏตัวของกระแสในนั้นแม้แต่น้อย แต่ทันทีที่เขาได้รับทิศทางที่สอดคล้องกับทิศทางของเข็มแม่เหล็ก กระแสก็ตื่นเต้นในเส้นลวด

จากนั้นฟาราเดย์ก็กำหนดตำแหน่งของเข็มแม่เหล็กให้กับขดลวดหนึ่งเส้น จากนั้นจึงสอดแถบเหล็กเข้าไป กระแสก็ตื่นเต้นอีกครั้ง สาเหตุที่ทำให้เกิดกระแสในกรณีเหล่านี้คือแม่เหล็กโลก ซึ่งทำให้เกิดกระแสอุปนัยเหมือนแม่เหล็กธรรมดาหรือกระแสกัลวานิก เพื่อแสดงและพิสูจน์สิ่งนี้ให้ชัดเจนยิ่งขึ้น ฟาราเดย์ได้ทำการทดลองอีกครั้งที่ยืนยันความคิดของเขาอย่างเต็มที่

เขาให้เหตุผลว่าถ้าวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก เช่น ทองแดง หมุนในตำแหน่งที่มันตัดกับเส้นแรงแม่เหล็กของแม่เหล็กที่อยู่ใกล้เคียง จะทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ จากนั้นวงกลมเดียวกันก็จะหมุนโดยไม่มี แม่เหล็ก แต่ในตำแหน่งที่วงกลมจะตัดผ่านเส้นแม่เหล็กโลก จะต้องให้กระแสเหนี่ยวนำด้วย และแน่นอน วงกลมทองแดงที่หมุนในระนาบแนวนอนให้กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งทำให้เกิดการเบี่ยงเบนที่เห็นได้ชัดเจนของเข็มกัลวาโนมิเตอร์ ฟาราเดย์เสร็จสิ้นการศึกษาในสาขาการเหนี่ยวนำไฟฟ้าด้วยการค้นพบ "ผลของการเหนี่ยวนำของกระแสที่มีต่อตัวมันเอง" ซึ่งทำขึ้นในปี พ.ศ. 2378

เขาพบว่าเมื่อกระแสกัลวานิกถูกปิดหรือเปิด กระแสอุปนัยที่เกิดขึ้นทันทีจะถูกกระตุ้นในเส้นลวดเอง ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวนำสำหรับกระแสนี้

นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) ได้ให้กฎสำหรับกำหนดทิศทางของกระแสที่เหนี่ยวนำ “กระแสเหนี่ยวนำมักจะถูกชี้นำในลักษณะที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขัดขวางหรือชะลอการเคลื่อนไหวที่ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำ” A.A. Korobko-Stefanov ในบทความเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า - ตัวอย่างเช่น เมื่อขดลวดเข้าใกล้แม่เหล็ก กระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นจะมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็ก เป็นผลให้เกิดแรงผลักระหว่างขดลวดและแม่เหล็ก กฎของ Lenz ต่อจากกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน หากกระแสเหนี่ยวนำเร่งการเคลื่อนไหวที่ก่อให้เกิดพวกเขา งานก็จะถูกสร้างขึ้นจากความว่างเปล่า หลังจากผลักขดลวดเพียงเล็กน้อยก็จะพุ่งเข้าหาแม่เหล็ก และในขณะเดียวกันกระแสเหนี่ยวนำก็จะปล่อยความร้อนออกมา ในความเป็นจริง กระแสเหนี่ยวนำถูกสร้างขึ้นจากการทำงานของการนำแม่เหล็กและขดลวดเข้ามาใกล้กัน

ข้าว. 5. กฎของ Lenz

เหตุใดจึงมีกระแสเหนี่ยวนำ? คำอธิบายอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับจากนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Clerk Maxwell ซึ่งเป็นผู้สร้าง ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์สนามแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อให้เข้าใจสาระสำคัญของเรื่องได้ดีขึ้น ลองพิจารณาการทดลองง่ายๆ ให้ขดลวดประกอบด้วยลวดหนึ่งรอบและพันด้วยเกลียว สนามแม่เหล็กตั้งฉากกับระนาบของขดลวด แน่นอนในขดลวดมีกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ Maxwell ตีความการทดลองนี้ด้วยความกล้าหาญและคาดไม่ถึง

เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงในอวกาศ ตามคำกล่าวของ Maxwell กระบวนการที่เกิดขึ้นซึ่งการมีอยู่ของขดลวดนั้นไม่มีความสำคัญ สิ่งสำคัญที่นี่คือลักษณะของเส้นวงแหวนปิดของสนามไฟฟ้าซึ่งครอบคลุมสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใหม่ อิเล็กตรอนจะเริ่มเคลื่อนที่ และเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในขดลวด ขดลวดเป็นเพียงอุปกรณ์ที่ช่วยให้คุณตรวจจับได้ สนามไฟฟ้า. สาระสำคัญของปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือสนามแม่เหล็กสำรองจะสร้างสนามไฟฟ้าในพื้นที่โดยรอบเสมอ เส้นแรง. สนามดังกล่าวเรียกว่าสนามกระแสน้ำวน

การวิจัยในสาขาการเหนี่ยวนำที่เกิดจากแม่เหล็กโลกทำให้ฟาราเดย์มีโอกาสที่จะแสดงความคิดเกี่ยวกับโทรเลขได้เร็วเท่าปี 1832 ซึ่งเป็นพื้นฐานของการประดิษฐ์นี้ โดยทั่วไปแล้วการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้เรียกว่าโดดเด่นที่สุดโดยไม่มีเหตุผล การค้นพบ XIXศตวรรษ - การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้านับล้านทั่วโลกขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์นี้ ...

การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ

1. การออกอากาศ

สนามแม่เหล็กกระแสสลับซึ่งถูกกระตุ้นโดยกระแสที่เปลี่ยนแปลง จะสร้างสนามไฟฟ้าในอวกาศโดยรอบ ซึ่งจะทำให้เกิดการกระตุ้นสนามแม่เหล็ก และอื่นๆ ฟิลด์เหล่านี้ก่อตัวเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตัวแปรเดียว - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า. เมื่อเกิดขึ้นในที่ที่มีสายไฟสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะแพร่กระจายในอวกาศด้วยความเร็วแสง -300,000 กม. / วินาที

ข้าว. 6. วิทยุ

2. แม่เหล็กบำบัด

ในคลื่นความถี่ สถานที่ต่างๆถูกครอบครองโดยคลื่นวิทยุ แสง รังสีเอกซ์อื่นๆ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า. พวกมันมักจะมีลักษณะเป็นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เชื่อมต่อกันอย่างต่อเนื่อง

3. ซินโครฟาโซตรอน

ในปัจจุบัน สนามแม่เหล็กถูกเข้าใจว่าเป็นรูปแบบพิเศษของสสารที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ในฟิสิกส์สมัยใหม่ ลำแสงของอนุภาคที่มีประจุถูกนำมาใช้เพื่อเจาะลึกเข้าไปในอะตอมเพื่อศึกษาพวกมัน แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่เรียกว่าแรงลอเรนซ์

4. เครื่องวัดการไหล

วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้กฎของคูลอมบ์สำหรับตัวนำในสนามแม่เหล็ก: ในการไหลของของเหลวที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก EMF จะถูกเหนี่ยวนำให้เป็นสัดส่วนกับความเร็วการไหล ซึ่งถูกแปลงโดยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ให้เป็น สัญญาณไฟฟ้าอะนาล็อก / ดิจิตอล

5. เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

ในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระดองของเครื่องจะหมุนภายใต้อิทธิพลของช่วงเวลาภายนอก ระหว่างขั้วของสเตเตอร์จะมีฟลักซ์แม่เหล็กคงที่ทะลุกระดอง ตัวนำที่คดเคี้ยวกระดองเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กและดังนั้นจึงมีการเหนี่ยวนำ EMF ในตัว ทิศทางสามารถกำหนดได้โดยกฎ "มือขวา" ในกรณีนี้ ศักยภาพเชิงบวกจะเกิดขึ้นกับแปรงหนึ่งอันเมื่อเทียบกับแปรงที่สอง หากโหลดเชื่อมต่อกับขั้วของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าจะไหลเข้ามา

6. หม้อแปลงไฟฟ้า

หม้อแปลงถูกใช้อย่างแพร่หลายในการส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกล การกระจายระหว่างตัวรับ ตลอดจนในการแก้ไข ขยายสัญญาณ และอุปกรณ์อื่นๆ

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานในหม้อแปลงดำเนินการโดยสนามแม่เหล็กสลับ หม้อแปลงเป็นแกนของแผ่นเหล็กบาง ๆ ที่หุ้มฉนวนจากอีกอันหนึ่งซึ่งวางขดลวดฉนวน (ขดลวด) สองเส้นและบางครั้ง ขดลวดที่เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่า ขดลวดปฐมภูมิ ขดลวดที่เหลือเรียกว่า ขดลวดทุติยภูมิ

หากขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงมีการพันรอบมากกว่าสามเท่าสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นในแกนกลางโดยขดลวดปฐมภูมิซึ่งข้ามรอบของขดลวดทุติยภูมิจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นสามเท่า

เมื่อใช้หม้อแปลงที่มีอัตราส่วนการหมุนย้อนกลับ คุณจะได้แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงอย่างง่ายดายและง่ายดาย

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้

1. [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์]. การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

< https://ru.wikipedia.org/>

2. [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์]. ฟาราเดย์. การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

< http://www.e-reading.club/chapter.php/26178/78/Karcev_-_Maksvell.html >

3. [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์]. การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

4. [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์]. การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในทางปฏิบัติ