ค่าการเปิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แผนการสอนวิชาฟิสิกส์ (เกรด 11) ในหัวข้อ การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

จนถึงตอนนี้เราได้พิจารณาสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา พบว่ามีการสร้างสนามไฟฟ้า ค่าไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก - โดยประจุเคลื่อนที่ เช่น กระแสไฟฟ้า เรามาทำความรู้จักกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลากันดีกว่า

ที่สุด ข้อเท็จจริงที่สำคัญซึ่งถูกค้นพบคือความสัมพันธ์ที่ใกล้เคียงที่สุดระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาจะสร้างสนามไฟฟ้า และสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก หากไม่มีการเชื่อมโยงระหว่างสนามแม่เหล็ก การปรากฏตัวของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่หลากหลายจะไม่ครอบคลุมเท่าที่เป็นจริง จะไม่มีคลื่นวิทยุหรือแสง

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ผู้ก่อตั้งแนวคิดเรื่องสนามแม่เหล็กไฟฟ้า - ฟาราเดย์ได้ดำเนินการขั้นตอนแรกในการค้นพบคุณสมบัติใหม่ของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า ฟาราเดย์มั่นใจในธรรมชาติของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กที่เป็นหนึ่งเดียว ด้วยเหตุนี้เขาจึงค้นพบซึ่งต่อมาได้ก่อให้เกิดพื้นฐานสำหรับการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับโรงไฟฟ้าทุกแห่งในโลกโดยเปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงาน กระแสไฟฟ้า- (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 เป็นกรณีที่ไม่ค่อยเกิดขึ้นนักเมื่อทราบวันที่ของการค้นพบที่น่าทึ่งครั้งใหม่อย่างแม่นยำ 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 ฟาราเดย์พิสูจน์โดยการทดลองว่ากระแสเกิดขึ้นเมื่อขดลวดเคลื่อนที่ซึ่งกันและกัน

เกี่ยวกับเพื่อน ด้วยความคุ้นเคยกับผลงานของแอมแปร์ ฟาราเดย์จึงเข้าใจว่าแม่เหล็กคือกลุ่มของกระแสขนาดเล็กที่ไหลเวียนอยู่ในโมเลกุล เมื่อวันที่ 17 ตุลาคม ตามที่บันทึกไว้ในสมุดบันทึกของห้องปฏิบัติการ เขาถูกพบ กระแสเหนี่ยวนำในขดลวดขณะที่แม่เหล็กเคลื่อนที่เข้า (หรือออก) ภายในหนึ่งเดือน ฟาราเดย์ได้ทดลองค้นพบคุณลักษณะที่สำคัญทั้งหมดของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ในปัจจุบัน ทุกคนสามารถทำการทดลองของฟาราเดย์ซ้ำได้ ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องมีคอยล์สองตัว, แม่เหล็ก, แบตเตอรี่ขององค์ประกอบและกัลวาโนมิเตอร์ที่ค่อนข้างละเอียดอ่อน

ในการติดตั้งที่แสดงในรูปที่ 238 กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในขดลวดตัวใดตัวหนึ่งเมื่อปิดหรือเปิด วงจรไฟฟ้าขดอีกอันหนึ่งซึ่งอยู่กับที่สัมพันธ์กับอันแรก ในการติดตั้งในรูปที่ 239 จะใช้ลิโน่เพื่อเปลี่ยนความแรงของกระแสในขดลวดตัวใดตัวหนึ่ง ในรูปที่ 240 a กระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นเมื่อขดลวดเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน และในรูปที่ 240 ข - เมื่อแม่เหล็กถาวรเคลื่อนที่สัมพันธ์กับขดลวด

ฟาราเดย์เองก็เข้าใจสิ่งทั่วไปที่การปรากฏตัวของกระแสเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับการทดลองที่ภายนอกดูแตกต่างออกไป

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

วันนี้เราจะมาพูดถึงปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ให้เราเปิดเผยว่าเหตุใดปรากฏการณ์นี้จึงถูกค้นพบและมีประโยชน์อะไรบ้าง

ผ้าไหม

ผู้คนมุ่งมั่นที่จะมีชีวิตที่ดีขึ้นมาโดยตลอด บางคนอาจคิดว่านี่เป็นเหตุผลที่จะกล่าวหาว่ามนุษยชาติมีความโลภ แต่บ่อยครั้งที่เรากำลังพูดถึงการได้รับสิ่งอำนวยความสะดวกขั้นพื้นฐานในครัวเรือน

ใน ยุโรปยุคกลางรู้วิธีการทำผ้าขนสัตว์ ผ้าฝ้าย และผ้าลินิน และแม้ในขณะนั้นผู้คนต้องทนทุกข์ทรมานจากหมัดและเหาที่มากเกินไป ในเวลาเดียวกัน อารยธรรมจีนได้เรียนรู้วิธีทอผ้าไหมอย่างเชี่ยวชาญแล้ว เสื้อผ้าที่ทำจากมันช่วยป้องกันตัวดูดเลือดให้ห่างจากผิวหนังมนุษย์ ขาของแมลงก็เลื่อนไปตาม ผ้าเรียบและเหาก็หลุดออกไป ดังนั้นชาวยุโรปจึงต้องการแต่งกายด้วยผ้าไหมไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตาม และพ่อค้าก็คิดว่านี่เป็นโอกาสที่จะร่ำรวยอีกครั้งหนึ่ง จึงได้มีการสร้างเส้นทางสายไหมอันยิ่งใหญ่ขึ้น

นี่เป็นวิธีเดียวที่จะส่งมอบผ้าที่ต้องการให้กับยุโรปที่ทุกข์ทรมาน และผู้คนจำนวนมากมีส่วนร่วมในกระบวนการที่เมืองต่างๆ เกิดขึ้น จักรวรรดิต่างๆ ต่อสู้เพื่อสิทธิในการจัดเก็บภาษี และบางส่วนของเส้นทางยังคงเป็นวิธีที่สะดวกที่สุดในการไปยังสถานที่ที่ถูกต้อง

เข็มทิศและดวงดาว

ภูเขาและทะเลทรายยืนขวางทางคาราวานด้วยผ้าไหม บังเอิญว่าลักษณะของพื้นที่ยังคงเหมือนเดิมเป็นเวลาหลายสัปดาห์และหลายเดือน เนินทรายบริภาษหลีกทางให้กับเนินเขาที่คล้ายกัน ทางหนึ่งผ่านไปอีกทางหนึ่ง และผู้คนต้องนำทางเพื่อส่งสินค้าอันมีค่าของพวกเขา

ดวงดาวเป็นคนแรกที่เข้ามาช่วยเหลือ เมื่อรู้ว่าวันนี้เป็นวันอะไร และคาดว่าจะเห็นกลุ่มดาวอะไร นักเดินทางที่มีประสบการณ์จึงสามารถระบุได้ว่าทิศใต้อยู่ที่ไหน ทิศตะวันออกอยู่ที่ไหน และจะไปที่ไหน แต่กลับมีคนมีความรู้ไม่เพียงพอเสมอไป และพวกเขาไม่รู้ว่าจะนับเวลาอย่างไรให้แม่นยำในตอนนั้น พระอาทิตย์ตก พระอาทิตย์ขึ้น - นั่นคือจุดสังเกตทั้งหมด และสภาพอากาศที่มีเมฆมาก หิมะหรือพายุทราย ทำให้ไม่มีโอกาสได้เห็นดาวขั้วโลกด้วยซ้ำ

จากนั้นผู้คน (อาจเป็นคนจีนโบราณ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงโต้เถียงเกี่ยวกับเรื่องนี้) ตระหนักว่าแร่ธาตุหนึ่งชนิดมักจะอยู่ในลักษณะที่แน่นอนซึ่งสัมพันธ์กับจุดสำคัญ คุณสมบัตินี้ถูกใช้เพื่อสร้างเข็มทิศดวงแรก การค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ายังอีกยาวไกล แต่ก็มีการเริ่มต้นเกิดขึ้นแล้ว

จากเข็มทิศสู่แม่เหล็ก

ชื่อ "แม่เหล็ก" เองก็กลับไปเป็นชื่อที่อยู่ด้านบน วงเวียนวงแรกอาจทำจากแร่ที่ขุดได้ในเนินเขาแมกนีเซีย ภูมิภาคนี้ตั้งอยู่ในเอเชียไมเนอร์ และแม่เหล็กก็ดูเหมือนหินสีดำ

วงเวียนแรกนั้นมีความดั้งเดิมมาก น้ำถูกเทลงในชามหรือภาชนะอื่นๆ และวางแผ่นวัสดุบางๆ ที่ลอยอยู่ด้านบน และวางลูกศรแม่เหล็กไว้ที่กึ่งกลางของดิสก์ ปลายด้านหนึ่งชี้ไปทางทิศเหนือเสมอ และอีกด้านหันไปทางทิศใต้

ยากที่จะจินตนาการว่าคาราวานช่วยประหยัดน้ำไว้สำหรับเข็มทิศในขณะที่ผู้คนกระหายน้ำ แต่การอยู่ในแนวทางเดิมและปล่อยให้ผู้คน สัตว์ และสิ่งของต่างๆ เข้าถึงความปลอดภัยมีความสำคัญมากกว่าชีวิตของแต่ละคน

วงเวียนได้เดินทางหลายครั้งและพบกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่างๆ ไม่น่าแปลกใจเลยที่ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบในยุโรป แม้ว่าแร่แม่เหล็กจะถูกขุดครั้งแรกในเอเชียก็ตาม ด้วยวิธีที่ซับซ้อนนี้ ความปรารถนาของชาวยุโรปที่จะนอนหลับสบายยิ่งขึ้น นำไปสู่การค้นพบครั้งสำคัญในวิชาฟิสิกส์

แม่เหล็กหรือไฟฟ้า?

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีการผลิตไฟฟ้ากระแสตรง แบตเตอรี่ดั้งเดิมก้อนแรกถูกสร้างขึ้น ก็เพียงพอแล้วที่จะส่งกระแสอิเล็กตรอนผ่านตัวนำโลหะ ต้องขอบคุณแหล่งไฟฟ้าแหล่งแรก จึงมีการค้นพบมากมาย

ในปี ค.ศ. 1820 นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด พบว่าเข็มแม่เหล็กเบี่ยงเบนไปใกล้ตัวนำที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย ขั้วบวกของเข็มทิศจะอยู่ในตำแหน่งที่แน่นอนเสมอโดยสัมพันธ์กับทิศทางของกระแส นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองในรูปทรงเรขาคณิตที่เป็นไปได้ทั้งหมด: ตัวนำอยู่เหนือหรือใต้ลูกศรโดยวางขนานหรือตั้งฉาก ผลลัพธ์ก็เหมือนเดิมเสมอ: การเปิดกระแสไฟจะทำให้แม่เหล็กเคลื่อนที่ นี่เป็นวิธีที่คาดว่าจะมีการค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

แต่ความคิดของนักวิทยาศาสตร์ต้องได้รับการยืนยันจากการทดลอง ทันทีหลังจากการทดลองของเออร์สเตด ไมเคิล ฟาราเดย์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษถามคำถามว่า: “สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ามีอิทธิพลซึ่งกันและกันหรือมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดมากขึ้น?” นักวิทยาศาสตร์เป็นคนแรกที่ทดสอบสมมติฐานที่ว่าหากสนามไฟฟ้าทำให้วัตถุที่ถูกแม่เหล็กเบี่ยงเบนไป แม่เหล็กก็ควรสร้างกระแสไฟฟ้า

การออกแบบการทดลองนั้นเรียบง่าย ตอนนี้เด็กนักเรียนคนไหนก็สามารถทำซ้ำได้ ลวดโลหะบาง ๆ ถูกขดเป็นรูปสปริง ปลายของมันเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่บันทึกกระแส เมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่ใกล้ขดลวด ลูกศรของอุปกรณ์จะแสดงแรงดันไฟฟ้า สนามไฟฟ้า- ดังนั้นจึงได้กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์มา

ความต่อเนื่องของการทดลอง

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมดที่นักวิทยาศาสตร์ทำ เนื่องจากสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด จึงจำเป็นต้องค้นหาว่ามีความเกี่ยวข้องกันมากเพียงใด

เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ฟาราเดย์จ่ายกระแสให้กับขดลวดหนึ่งและดันเข้าไปในขดลวดที่คล้ายกันอีกอันโดยมีรัศมีใหญ่กว่าครั้งแรก เกิดไฟฟ้าดับอีกครั้งหนึ่ง ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงพิสูจน์ว่า: ประจุที่เคลื่อนที่จะสร้างทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กพร้อมกัน

เป็นการเน้นย้ำว่าเรากำลังพูดถึงการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กหรือ สนามแม่เหล็กภายในวงจรปิดของสปริง นั่นก็คือกระแสต้องเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา หากไม่เกิดขึ้น จะไม่มีกระแสเกิดขึ้น

สูตร

กฎของฟาราเดย์สำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงโดยสูตร

มาถอดรหัสสัญลักษณ์กัน

ε ย่อมาจาก emf หรือแรงเคลื่อนไฟฟ้า ปริมาณนี้เป็นสเกลาร์ (ไม่ใช่เวกเตอร์) และแสดงให้เห็นการทำงานของพลังบางอย่างหรือกฎธรรมชาติที่ใช้ในการสร้างกระแส ควรสังเกตว่างานจะต้องดำเนินการโดยปรากฏการณ์ที่ไม่ใช้ไฟฟ้า

Φ คือฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงปิด ค่านี้เป็นผลคูณของอีกสองค่า: ขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B และพื้นที่ของวงปิด หากสนามแม่เหล็กไม่ได้ตั้งฉากกับเส้นขอบอย่างเคร่งครัด โคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์ B และเส้นปกติของพื้นผิวจะถูกเพิ่มเข้าไปในผลิตภัณฑ์

ผลที่ตามมาจากการค้นพบ

กฎหมายนี้ตามมาด้วยกฎหมายอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์คนต่อมาได้กำหนดความขึ้นอยู่กับความเข้มของกระแสไฟฟ้าต่อกำลังและความต้านทานของวัสดุตัวนำ มีการศึกษาคุณสมบัติใหม่และสร้างโลหะผสมที่น่าทึ่งขึ้น ในที่สุด มนุษยชาติก็ถอดรหัสโครงสร้างของอะตอม เจาะลึกความลึกลับของการกำเนิดและการตายของดวงดาว และเปิดเผยจีโนมของสิ่งมีชีวิต

และความสำเร็จทั้งหมดนี้ต้องการ จำนวนมากทรัพยากรและเหนือสิ่งอื่นใดคือไฟฟ้า การผลิตหรือการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ใดๆ ดำเนินการโดยมีองค์ประกอบสามประการ ได้แก่ บุคลากรที่มีคุณสมบัติเหมาะสม วัสดุที่ใช้ในการผลิต และไฟฟ้าราคาถูก

และนี่เป็นไปได้เมื่อพลังแห่งธรรมชาติสามารถส่งแรงบิดขนาดใหญ่ให้กับโรเตอร์ได้ เช่น แม่น้ำที่มีระดับความสูงต่างกันมาก หุบเขาที่มี ลมแรง, ฟอลต์ที่มีพลังงานแม่เหล็กโลกมากเกินไป

เป็นที่น่าสนใจว่าวิธีการผลิตไฟฟ้าสมัยใหม่ไม่ได้แตกต่างโดยพื้นฐานจากการทดลองของฟาราเดย์ โรเตอร์แม่เหล็กหมุนเร็วมากภายในแกนลวดขนาดใหญ่ สนามแม่เหล็กในขดลวดเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น

แน่นอนว่าเลือกและ วัสดุที่ดีที่สุดสำหรับแม่เหล็กและตัวนำ และเทคโนโลยีของกระบวนการทั้งหมดแตกต่างอย่างสิ้นเชิง แต่ประเด็นก็คือสิ่งหนึ่ง: มีการใช้หลักการที่ค้นพบในระบบที่ง่ายที่สุด

หลังจากการค้นพบเออร์สเตดและแอมแปร์ ก็ชัดเจนว่าไฟฟ้ามีแรงแม่เหล็ก ตอนนี้จำเป็นต้องยืนยันอิทธิพลของปรากฏการณ์แม่เหล็กที่มีต่อปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า ฟาราเดย์แก้ไขปัญหานี้ได้อย่างยอดเยี่ยม

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

เพียงไม่กี่ก้าวจากบ้านที่ครอบครัวฟาราเดย์อาศัยอยู่ ก็มีร้านหนังสือซึ่งเป็นร้านเย็บเล่มด้วย นี่คือจุดที่ฟาราเดย์จบลงหลังจากจบหลักสูตร โรงเรียนประถมศึกษาเมื่อมีคำถามเกิดขึ้นเกี่ยวกับการเลือกอาชีพให้เขา ไมเคิลมีอายุเพียง 13 ปีในเวลานี้ เมื่อฟาราเดย์ยังเป็นวัยรุ่น เมื่อฟาราเดย์เพิ่งเริ่มการศึกษาด้วยตนเอง เขาพยายามพึ่งพาข้อเท็จจริงเพียงอย่างเดียวและยืนยันข้อความของผู้อื่นด้วยประสบการณ์ของเขาเอง

แรงบันดาลใจเหล่านี้ครอบงำเขามาตลอดชีวิตโดยเป็นคุณสมบัติหลักของเขา กิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ทางกายภาพและ การทดลองทางเคมีฟาราเดย์เริ่มทำเช่นนี้ตั้งแต่ยังเป็นเด็กเมื่อรู้จักฟิสิกส์และเคมีเป็นครั้งแรก วันหนึ่ง Michael เข้าร่วมการบรรยายของ Humphry Davy นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่

ฟาราเดย์จดบันทึกการบรรยายอย่างละเอียด ผูกมัด และส่งไปให้เดวี่ เขาประทับใจมากจนได้เชิญฟาราเดย์มาทำงานเป็นเลขานุการด้วย ในไม่ช้าเดวี่ก็เดินทางไปยุโรปและพาฟาราเดย์ไปด้วย ตลอดระยะเวลาสองปี พวกเขาได้เยี่ยมชมมหาวิทยาลัยที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป

เมื่อกลับมาลอนดอนในปี พ.ศ. 2358 ฟาราเดย์เริ่มทำงานเป็นผู้ช่วยในห้องปฏิบัติการแห่งหนึ่งของ Royal Institution ในลอนดอน ในเวลานั้นฟาราเดย์เป็นห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ที่ดีที่สุดแห่งหนึ่งของโลก 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 ฟาราเดย์ได้ตีพิมพ์บทความเรื่อง "On a Special Kind of Optical Illusion" ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับโปรเจกไทล์เชิงแสงที่ยอดเยี่ยมและน่าสงสัยที่เรียกว่า "โครโมโทรป" ในปีเดียวกันนั้นเอง มีการตีพิมพ์บทความอีกชิ้นหนึ่งของนักวิทยาศาสตร์เรื่อง "On Vibrating Plates" ผลงานเหล่านี้หลายชิ้นสามารถทำให้ชื่อของผู้แต่งเป็นอมตะได้ แต่งานทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดของฟาราเดย์คือการศึกษาของเขาในสาขาแม่เหล็กไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำไฟฟ้า

พูดอย่างเคร่งครัด สาขาวิชาฟิสิกส์ที่สำคัญที่ปฏิบัติต่อปรากฏการณ์ของแม่เหล็กไฟฟ้าและไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และซึ่งปัจจุบันมีความสำคัญอย่างมากสำหรับเทคโนโลยี ถูกสร้างขึ้นโดยฟาราเดย์จากความว่างเปล่า

เมื่อฟาราเดย์อุทิศตนให้กับการวิจัยในสาขาไฟฟ้าในที่สุด ก็เป็นที่ยอมรับว่าภายใต้สภาวะปกติ การมีอยู่ของวัตถุที่ถูกไฟฟ้าก็เพียงพอแล้วสำหรับอิทธิพลของมันที่จะกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในวัตถุอื่น ในเวลาเดียวกันเป็นที่ทราบกันดีว่าสายไฟที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านและเป็นตัวแทนของร่างกายที่ถูกไฟฟ้าไม่มีผลกระทบต่อสายไฟอื่นที่อยู่ใกล้เคียง

อะไรทำให้เกิดข้อยกเว้นนี้ นี่คือคำถามที่ฟาราเดย์สนใจและวิธีแก้ปัญหาที่ทำให้เขาค้นพบสิ่งที่สำคัญที่สุดในสาขาไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ตามธรรมเนียมของเขา ฟาราเดย์เริ่มชุดการทดลองที่ออกแบบมาเพื่อชี้แจงสาระสำคัญของเรื่อง

ฟาราเดย์พันสายไฟหุ้มฉนวนสองเส้นขนานกันบนหมุดไม้อันเดียวกัน เขาเชื่อมต่อปลายสายไฟด้านหนึ่งเข้ากับแบตเตอรี่สิบเซลล์ และปลายอีกด้านหนึ่งเข้ากับกัลวาโนมิเตอร์ที่ละเอียดอ่อน เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายแรก

ฟาราเดย์หันเหความสนใจทั้งหมดไปที่กัลวาโนมิเตอร์ โดยคาดว่าจะสังเกตเห็นกระแสในเส้นลวดที่สองจากการสั่นของมัน อย่างไรก็ตาม ไม่มีอะไรเกิดขึ้น กัลวาโนมิเตอร์ยังคงสงบ ฟาราเดย์ตัดสินใจที่จะเพิ่มความแรงของกระแสและนำองค์ประกอบกัลวานิก 120 ตัวเข้าสู่วงจร ผลลัพธ์ก็เหมือนกัน ฟาราเดย์ทำการทดลองนี้ซ้ำหลายสิบครั้งและยังคงประสบความสำเร็จเหมือนเดิม

ใครก็ตามที่อยู่ในตำแหน่งของเขาคงจะออกจากการทดลองไปแล้ว โดยเชื่อว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเส้นลวดไม่มีผลกระทบต่อเส้นลวดข้างเคียง แต่ฟาราเดย์พยายามดึงทุกสิ่งที่พวกเขาสามารถให้ได้มาจากการทดลองของเขาและสังเกตอยู่เสมอ ดังนั้นเมื่อไม่ได้รับผลโดยตรงต่อสายไฟที่เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ เขาจึงเริ่มมองหาผลข้างเคียง

เขาสังเกตเห็นทันทีว่ากัลวาโนมิเตอร์ซึ่งยังคงสงบนิ่งตลอดการไหลของกระแสไฟฟ้าเริ่มสั่นเมื่อวงจรปิดและเมื่อเปิดออก ปรากฎว่าในขณะที่กระแสไหลผ่านเข้าไปในสายแรกและ นอกจากนี้เมื่อการส่งสัญญาณนี้หยุดลง ในระหว่างสายที่สองก็ตื่นเต้นกับกระแสเช่นกัน ซึ่งในกรณีแรกมีทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสแรกและเหมือนกันในกรณีที่สองและคงอยู่เพียงชั่วขณะเดียว

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

จากการทดลองต่อเนื่อง ฟาราเดย์ค้นพบเพิ่มเติมว่าเพียงแค่นำลวดบิดเป็นเส้นโค้งปิดใกล้กับอีกเส้นหนึ่งซึ่งมีกระแสกัลวานิกไหลผ่าน ก็เพียงพอแล้วที่จะกระตุ้นกระแสอุปนัยในเส้นลวดที่เป็นกลางในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสกัลวานิก และการกำจัด ลวดที่เป็นกลางกระตุ้นกระแสอุปนัยในนั้นอีกครั้งกระแสอยู่ในทิศทางเดียวกับกระแสกัลวานิกที่ไหลไปตามลวดที่อยู่นิ่งและในที่สุดกระแสอุปนัยเหล่านี้จะตื่นเต้นเฉพาะในระหว่างการเข้าใกล้และการถอดสายไฟไปยังตัวนำ 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

ประเด็นมีดังนี้ เข็มแม่เหล็กที่แขวนอยู่อย่างอิสระจะหยุดนิ่งอย่างรวดเร็วหากวางวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็กไว้ข้างใต้ ถ้าวงกลมหมุน เข็มแม่เหล็กจะเริ่มเคลื่อนไปด้านหลัง

ในสภาวะสงบ มันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะค้นพบแรงดึงดูดหรือแรงผลักเพียงเล็กน้อยระหว่างวงกลมกับลูกศร ในขณะที่วงกลมเดียวกันที่กำลังเคลื่อนที่นั้น ไม่เพียงแต่ดึงลูกศรแสงเท่านั้น แต่ยังมีแม่เหล็กหนักมากด้วย ปรากฏการณ์อัศจรรย์อย่างแท้จริงนี้ดูเหมือนเป็นปริศนาลึกลับสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น เป็นสิ่งที่อยู่นอกเหนือขอบเขตของธรรมชาติ

จากข้อมูลข้างต้น ฟาราเดย์ได้ตั้งสมมติฐานว่าวงกลมของโลหะที่ไม่ใช่แม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็ก ในระหว่างการหมุนจะวิ่งไปรอบๆ ด้วยกระแสอุปนัย ซึ่งส่งผลต่อเข็มแม่เหล็กและลากไปตามแม่เหล็ก

และแท้จริงแล้ว ด้วยการแนะนำขอบของวงกลมระหว่างขั้วของแม่เหล็กเกือกม้าขนาดใหญ่และเชื่อมต่อศูนย์กลางและขอบของวงกลมด้วยกัลวาโนมิเตอร์ด้วยลวด ฟาราเดย์จึงได้รับกระแสไฟฟ้าคงที่เมื่อวงกลมหมุน

ต่อจากนี้ ฟาราเดย์มุ่งความสนใจไปที่ปรากฏการณ์อื่นที่กระตุ้นให้เกิดความอยากรู้อยากเห็นโดยทั่วไป ดังที่คุณทราบ หากคุณโปรยตะไบเหล็กลงบนแม่เหล็ก มันจะจับกลุ่มตามเส้นบางเส้นที่เรียกว่าเส้นโค้งแม่เหล็ก ฟาราเดย์ซึ่งดึงความสนใจไปที่ปรากฏการณ์นี้ ได้ตั้งชื่อเส้นโค้งแม่เหล็กเป็นพื้นฐานในปี พ.ศ. 2374 ว่า "เส้นแรงแม่เหล็ก" ซึ่งต่อมาได้ถูกนำมาใช้โดยทั่วไป

การศึกษา "เส้น" เหล่านี้ทำให้ฟาราเดย์ค้นพบสิ่งใหม่ ปรากฎว่าเพื่อกระตุ้นกระแสเหนี่ยวนำ ไม่จำเป็นต้องเข้าใกล้แหล่งกำเนิดและระยะห่างจากขั้วแม่เหล็ก เพื่อกระตุ้นกระแสน้ำ ก็เพียงพอที่จะข้ามเส้นแรงแม่เหล็กในลักษณะที่ทราบแล้ว

งานต่อไปของฟาราเดย์ในทิศทางดังกล่าวได้มาจากมุมมองร่วมสมัยลักษณะของบางสิ่งที่น่าอัศจรรย์อย่างแน่นอน 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? คำอธิบายเชิงลึกเกี่ยวกับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้านั้นให้ไว้โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Clerk Maxwell - ผู้สร้างสิ่งสมบูรณ์ ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์สนามแม่เหล็กไฟฟ้า

เพื่อให้เข้าใจแก่นแท้ของเรื่องได้ดีขึ้น ให้พิจารณาการทดลองง่ายๆ ปล่อยให้ขดลวดประกอบด้วยลวดหนึ่งรอบและถูกทะลุผ่านสนามแม่เหล็กสลับที่ตั้งฉากกับระนาบของการหมุน กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นตามธรรมชาติในขดลวด แม็กซ์เวลล์ตีความการทดลองนี้อย่างกล้าหาญและคาดไม่ถึงเป็นพิเศษ

เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงในอวกาศ ตามข้อมูลของ Maxwell กระบวนการเกิดขึ้นซึ่งการมีอยู่ของขดลวดไม่มีนัยสำคัญ สิ่งสำคัญที่นี่คือการปรากฏตัวของเส้นสนามไฟฟ้ารูปวงแหวนปิดซึ่งครอบคลุมสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้น อิเล็กตรอนจะเริ่มเคลื่อนที่และเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในขดลวด คอยล์เป็นเพียงอุปกรณ์ที่ตรวจจับสนามไฟฟ้า

สาระสำคัญของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือสนามแม่เหล็กสลับจะสร้างสนามไฟฟ้าโดยมีเส้นแรงปิดในพื้นที่โดยรอบเสมอ สนามดังกล่าวเรียกว่าสนามน้ำวน”

การวิจัยในสาขาการเหนี่ยวนำที่เกิดจากสนามแม่เหล็กภาคพื้นดินทำให้ฟาราเดย์มีโอกาสแสดงความคิดเกี่ยวกับโทรเลขย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2375 ซึ่งต่อมาเป็นพื้นฐานของการประดิษฐ์นี้ โดยทั่วไปการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้านั้นถือว่าเป็นหนึ่งในสิ่งที่โดดเด่นที่สุดโดยไม่มีเหตุผล การค้นพบ XIXศตวรรษ - การทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าหลายล้านเครื่องทั่วโลกมีพื้นฐานอยู่บนปรากฏการณ์นี้...

แหล่งที่มาของข้อมูล: Samin D.K. “หนึ่งร้อยผู้ยิ่งใหญ่ การค้นพบทางวิทยาศาสตร์"., M.: "Veche", 2545.

ฟาราเดย์. การค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ฟาราเดย์หมกมุ่นอยู่กับแนวคิดเกี่ยวกับความเชื่อมโยงที่แยกไม่ออกและการมีปฏิสัมพันธ์ของพลังแห่งธรรมชาติ จึงพยายามพิสูจน์ว่าแอมแปร์สามารถสร้างแม่เหล็กด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้าได้ฉันใด จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างกระแสไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือของแม่เหล็ก

ตรรกะของเขานั้นเรียบง่าย: งานเครื่องจักรกลกลายเป็นความร้อนได้ง่าย ในทางกลับกันความร้อนสามารถเปลี่ยนเป็นได้ งานเครื่องกล(สมมุติว่าเข้าไป. เครื่องยนต์ไอน้ำ- โดยทั่วไปแล้ว ความสัมพันธ์ต่อไปนี้มักเกิดขึ้นท่ามกลางพลังแห่งธรรมชาติ: ถ้า A ให้กำเนิด B แล้ว B ก็ให้กำเนิด A

หากแอมแปร์ได้รับแม่เหล็กด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้า ก็เป็นไปได้ที่จะ "รับไฟฟ้าจากแม่เหล็กธรรมดา" Arago และ Ampère มอบหมายงานเดียวกันในปารีส และ Colladon ในเจนีวา

ฟาราเดย์ทำการทดลองมากมายและจดบันทึกความรู้ความเข้าใจ เขาอุทิศหนึ่งย่อหน้าให้กับการศึกษาเล็กๆ แต่ละชิ้นในบันทึกจากห้องปฏิบัติการของเขา (ตีพิมพ์ในลอนดอนฉบับเต็มในปี 1931 ภายใต้ชื่อ “Faraday’s Diary”) ความสามารถในการทำงานของฟาราเดย์นั้นเห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าย่อหน้าสุดท้ายของ "ไดอารี่" มีหมายเลข 16041 กำกับไว้ ทักษะอันยอดเยี่ยมของฟาราเดย์ในฐานะนักทดลอง ความหลงใหล และตำแหน่งทางปรัชญาที่ชัดเจนนั้นไม่สามารถให้รางวัลได้ แต่ต้องใช้เวลายาวนานถึงสิบเอ็ดปี เพื่อรอผล

นอกเหนือจากความเชื่อมั่นตามสัญชาตญาณของเขาในการเชื่อมโยงปรากฏการณ์สากลแล้ว ไม่มีอะไรสนับสนุนเขาในการค้นหา "ไฟฟ้าจากแม่เหล็ก" ยิ่งไปกว่านั้น เช่นเดียวกับครูของเขา Davy เขาอาศัยประสบการณ์ของเขามากกว่าโครงสร้างทางจิต เดวี่สอนเขาว่า:

การทดลองที่ดีมีคุณค่ามากกว่าความลึกซึ้งของอัจฉริยะอย่างนิวตัน

ถึงกระนั้น ฟาราเดย์ก็เป็นผู้ถูกกำหนดให้มีการค้นพบครั้งยิ่งใหญ่ ด้วยความเป็นนักสัจนิยมผู้ยิ่งใหญ่ เขาทำลายพันธนาการเชิงประจักษ์ที่เดวี่เคยผูกไว้กับเขาอย่างเป็นธรรมชาติ และในช่วงเวลานั้น ความเข้าใจอันลึกซึ้งก็เกิดขึ้นแก่เขา - เขาได้รับความสามารถในการสร้างภาพรวมที่ลึกที่สุด

ดวงแห่งโชคดวงแรกปรากฏเฉพาะในวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 เท่านั้น ในวันนี้ ฟาราเดย์กำลังทดสอบอุปกรณ์ง่ายๆ ในห้องปฏิบัติการ นั่นคือ วงแหวนเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหกนิ้ว พันด้วยลวดหุ้มฉนวนสองชิ้น เมื่อฟาราเดย์เชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับขั้วของขดลวดอันหนึ่ง ผู้ช่วยของเขา จ่าปืนใหญ่ Andersen มองเห็นเข็มของกัลวาโนมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับกระตุกของขดลวดอีกอันหนึ่ง

มันกระตุกและสงบลงแม้ว่ากระแสตรงจะยังคงไหลผ่านการม้วนแรกก็ตาม ฟาราเดย์ตรวจสอบรายละเอียดทั้งหมดของการติดตั้งแบบเรียบง่ายนี้อย่างรอบคอบ - ทุกอย่างเป็นไปตามลำดับ

แต่เข็มกัลวาโนมิเตอร์กลับยืนอยู่ที่ศูนย์อย่างดื้อรั้น ด้วยความหงุดหงิด ฟาราเดย์จึงตัดสินใจปิดกระแสไฟฟ้า และจากนั้นก็มีปาฏิหาริย์เกิดขึ้น - ในขณะที่เปิดวงจร เข็มกัลวาโนมิเตอร์ก็เหวี่ยงอีกครั้งและแข็งตัวที่ศูนย์อีกครั้ง!

ฟาราเดย์รู้สึกงุนงง: ประการแรกทำไมลูกศรถึงมีพฤติกรรมแปลก ๆ ? ประการที่สอง การระเบิดที่เขาสังเกตเห็นเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ที่เขากำลังมองหาหรือไม่?

ที่นี่เองที่แนวคิดที่ยอดเยี่ยมของ Ampere - ความเชื่อมโยงระหว่างกระแสไฟฟ้าและแม่เหล็ก - ได้รับการเปิดเผยต่อ Faraday อย่างชัดเจน ท้ายที่สุดแล้ว ขดลวดแรกที่เขาจ่ายกระแสไฟเข้าไปก็กลายเป็นแม่เหล็กทันที หากเราพิจารณาว่ามันเหมือนกับแม่เหล็ก การทดลองในวันที่ 29 สิงหาคมแสดงให้เห็นว่าแม่เหล็กดูเหมือนจะให้กำเนิดกระแสไฟฟ้า ในกรณีนี้มีเพียงสองสิ่งเท่านั้นที่ยังคงแปลก: เหตุใดกระแสไฟกระชากเมื่อเปิดแม่เหล็กไฟฟ้าจึงจางหายไปอย่างรวดเร็ว และยิ่งกว่านั้น ทำไมน้ำกระเซ็นจึงปรากฏขึ้นเมื่อปิดแม่เหล็ก?

วันรุ่งขึ้น 30 สิงหาคม - ซีรีย์ใหม่การทดลอง ผลกระทบนั้นแสดงออกมาอย่างชัดเจน แต่ก็ไม่สามารถเข้าใจได้อย่างสมบูรณ์

ฟาราเดย์สัมผัสได้ว่ามีการค้นพบอยู่ใกล้ๆ

“ตอนนี้ ฉันกำลังศึกษาแม่เหล็กไฟฟ้าอีกครั้ง และฉันคิดว่าฉันประสบความสำเร็จแล้ว แต่ยังไม่สามารถยืนยันสิ่งนี้ได้ เป็นไปได้มากว่าหลังจากทำงานหนักทั้งหมด ฉันจะได้สาหร่ายแทนปลา”

ในเช้าวันรุ่งขึ้น วันที่ 24 กันยายน ฟาราเดย์ได้เตรียมอุปกรณ์ต่างๆ มากมาย โดยที่องค์ประกอบหลักไม่ได้พันด้วยกระแสไฟฟ้าอีกต่อไป แต่ แม่เหล็กถาวร- และเอฟเฟกต์ก็มีอยู่เช่นกัน! ลูกศรเบี่ยงและพุ่งไปยังจุดนั้นทันที การเคลื่อนไหวเล็กน้อยนี้เกิดขึ้นในระหว่างการยักย้ายแม่เหล็กโดยไม่คาดคิด ซึ่งบางครั้งก็ดูเหมือนโดยบังเอิญ

การทดลองครั้งต่อไปคือวันที่ 1 ตุลาคม ฟาราเดย์ตัดสินใจกลับไปสู่จุดเริ่มต้น - ไปที่ขดลวดสองเส้น: อันหนึ่งมีกระแสและอีกอันเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ ความแตกต่างจากการทดลองครั้งแรกคือการไม่มีแกนวงแหวนเหล็ก สาดแทบจะมองไม่เห็น ผลลัพธ์ที่ได้คือเรื่องเล็กน้อย เห็นได้ชัดว่าแม่เหล็กที่ไม่มีแกนจะอ่อนกว่าแม่เหล็กที่มีแกนมาก ดังนั้นเอฟเฟกต์จึงเด่นชัดน้อยลง

ฟาราเดย์รู้สึกผิดหวัง เป็นเวลาสองสัปดาห์ที่เขาไม่ได้เข้าใกล้อุปกรณ์โดยคิดถึงสาเหตุของความล้มเหลว

ฟาราเดย์รู้ล่วงหน้าว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไร การทดลองประสบความสำเร็จอย่างยอดเยี่ยม

“ฉันเอาแท่งแม่เหล็กทรงกระบอก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 3/4 นิ้วและยาว 8 1/4 นิ้ว) แล้วสอดปลายด้านหนึ่งเข้าไปในขดลวดทองแดง (ยาว 220 ฟุต) ที่เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ จากนั้นฉันก็ดันแม่เหล็กภายในเกลียวอย่างรวดเร็วจนสุดความยาว และเข็มกัลวาโนมิเตอร์ก็ถูกดัน จากนั้นฉันก็ดึงแม่เหล็กออกจากเกลียวอย่างรวดเร็วและลูกศรก็เหวี่ยงอีกครั้ง แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม การแกว่งของเข็มเหล่านี้เกิดขึ้นซ้ำทุกครั้งที่ผลักหรือดันแม่เหล็กออก”

เคล็ดลับอยู่ที่การเคลื่อนที่ของแม่เหล็ก! แรงกระตุ้นของกระแสไฟฟ้าไม่ได้ถูกกำหนดโดยตำแหน่งของแม่เหล็ก แต่โดยการเคลื่อนที่!

ซึ่งหมายความว่า "คลื่นไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่เท่านั้น และไม่ได้เกิดจากคุณสมบัติที่มีอยู่ในตัวแม่เหล็กขณะนิ่ง"

ความคิดนี้เกิดผลอย่างเหลือเชื่อ หากการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กสัมพันธ์กับตัวนำทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า แสดงว่าการเคลื่อนที่ของตัวนำสัมพันธ์กับแม่เหล็กน่าจะสร้างกระแสไฟฟ้าได้! ยิ่งไปกว่านั้น “คลื่นไฟฟ้า” นี้จะไม่หายไปตราบใดที่ตัวนำและแม่เหล็กยังมีการเคลื่อนไหวร่วมกันต่อไป ซึ่งหมายความว่า เป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สามารถทำงานได้นานเท่าที่ต้องการ ตราบใดที่ลวดและแม่เหล็กยังคงเคลื่อนที่ร่วมกัน!

เมื่อวันที่ 28 ตุลาคม ฟาราเดย์ได้ติดตั้งจานทองแดงที่หมุนได้ระหว่างขั้วของแม่เหล็กเกือกม้า ซึ่งสามารถถอดแรงดันไฟฟ้าออกได้โดยใช้หน้าสัมผัสแบบเลื่อน (อันหนึ่งอยู่บนแกน และอีกอันอยู่ที่ขอบของจาน) เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกที่สร้างขึ้นด้วยมือมนุษย์

หลังจาก "มหากาพย์แม่เหล็กไฟฟ้า" ฟาราเดย์ถูกบังคับให้หยุดงานทางวิทยาศาสตร์เป็นเวลาหลายปี ระบบประสาทของเขาอ่อนล้ามาก...

การทดลองที่คล้ายกับของฟาราเดย์ดังที่ได้กล่าวไปแล้วนั้นดำเนินการในฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ ศาสตราจารย์ Colladon แห่ง Academy of Geneva เป็นนักทดลองที่เชี่ยวชาญ (เช่น เขาทำการวัดความเร็วของเสียงในน้ำบนทะเลสาบเจนีวาอย่างแม่นยำ) บางที ด้วยความกลัวว่าเครื่องมือจะสั่น เขาจึงถอดกัลวาโนมิเตอร์ออกจากส่วนที่เหลือของการติดตั้งหากเป็นไปได้ เช่นเดียวกับฟาราเดย์ หลายคนแย้งว่า Colladon สังเกตเห็นการเคลื่อนไหวของเข็มเพียงชั่วครู่เช่นเดียวกับฟาราเดย์ แต่โดยคาดหวังว่าจะได้ผลที่เสถียรและยาวนานกว่า จึงไม่ให้ความสำคัญกับการระเบิด "แบบสุ่ม" เหล่านี้...

อันที่จริงความคิดเห็นของนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ในสมัยนั้นก็คือ ผลย้อนกลับเห็นได้ชัดว่า "การสร้างกระแสไฟฟ้าจากแม่เหล็ก" ควรมีลักษณะคงที่เช่นเดียวกับเอฟเฟกต์ "โดยตรง" - "การก่อตัวของแม่เหล็ก" เนื่องจากกระแสไฟฟ้า "ความวูบวาบ" ที่ไม่คาดคิดของผลกระทบนี้ทำให้หลายคนสับสน รวมถึง Colladon และหลายคนเหล่านี้จ่ายให้กับอคติของพวกเขา

ในตอนแรกฟาราเดย์ยังสับสนกับธรรมชาติที่เกิดขึ้นเพียงชั่วครู่ แต่เขาเชื่อข้อเท็จจริงมากกว่าทฤษฎี และในที่สุดก็มาถึงกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กฎข้อนี้ดูเหมือนมีข้อบกพร่อง น่าเกลียด แปลก และไม่มีตรรกะภายในสำหรับนักฟิสิกส์ในขณะนั้น

เหตุใดกระแสจึงตื่นเต้นเฉพาะเมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่หรือกระแสเปลี่ยนแปลงในขดลวด?

ไม่มีใครเข้าใจสิ่งนี้ แม้แต่ฟาราเดย์เองก็ด้วย สิบเจ็ดปีต่อมา Hermann Helmholtz ศัลยแพทย์กองทัพอายุยี่สิบหกปีในกองทหารรักษาการณ์ประจำจังหวัดในพอทสดัมได้ตระหนักถึงสิ่งนี้ ในบทความคลาสสิกเรื่อง "การอนุรักษ์พลังงาน" เขาได้กำหนดกฎการอนุรักษ์พลังงานของเขาเป็นครั้งแรกพิสูจน์ว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าควรมีอยู่ในรูปแบบ "น่าเกลียด" นี้อย่างแม่นยำ

วิลเลียม ทอมสัน เพื่อนเก่าของแม็กซ์เวลล์ก็มาถึงข้อสรุปนี้อย่างเป็นอิสระเช่นกัน นอกจากนี้เขายังได้รับความเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์จากกฎของแอมแปร์ โดยคำนึงถึงกฎการอนุรักษ์พลังงานด้วย

ดังนั้นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าแบบ "ชั่วขณะ" จึงได้รับสิทธิการเป็นพลเมืองและได้รับการยอมรับจากนักฟิสิกส์

แต่มันไม่สอดคล้องกับแนวคิดและการเปรียบเทียบในบทความของ Maxwell เรื่อง "On Faraday lines of force" และนี่เป็นข้อบกพร่องร้ายแรงในบทความ ในทางปฏิบัติ ความสำคัญของมันลดลงจนแสดงให้เห็นว่าทฤษฎีการกระทำระยะสั้นและระยะยาวแสดงถึงคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ที่แตกต่างกันของข้อมูลการทดลองเดียวกัน ซึ่งเส้นสนามของฟาราเดย์ไม่ขัดแย้งกัน สามัญสำนึก- และนั่นคือทั้งหมด ทุกอย่างถึงแม้ว่ามันจะมากไปแล้วก็ตาม