Майкл Фарадей (1791-1867) родился в Англии и жил, можно сказать, для изучения физики и химии. Он считается основателем концепции об электромагнитном поле и автором закона электромагнитной индукции, а также первооткрывателем формулы электромагнитной индукции.
Данное направление физики дало старт к промышленному производству электричества. Подтолкнуло его к этому открытие, которое совершил Эрстед. В нем доказано, что при запуске тока через прямой передатчик вокруг этого передатчика возникает магнитное поле.
Фарадей задумался над обратным эффектом, где магнитное поле, в котором проводник в замкнутом состоянии, может продуцировать ток.
Опыты Фарадея на пути к открытию
Фарадей один из самых значимых физиков в истории
На протяжении десяти лет он пытался доказать свою теорию. И в 1831 году Фарадей провел ряд удачных опытов, которые служили безупречным доказательством.
Фарадей разместил на основании из дерева две катушки, обозначим их катушкой А и катушкой Б.
Обмотка катушки Б была изолирована, располагалась между обмоткой катушки А.
Катушка А была подключена к гальванической батарее, а катушка Б к гальванометру, чтобы измерить движение токов.
В итоге сформировались две независимые цепи гальваническая батарея Катушка А и Катушка Б гальванометр.
Обмотки катушек ничем не были соединены между собой, существовало только магнитное поле продуцируемое катушкой А, которое охватывало катушку Б.
Как только замыкали катушку А, гальванометр показывал незначительный электрический импульс. В дальнейшем, при постоянном токе в катушке А, гальванометр не показывал никаких изменений в катушке Б.
Но как только цепь в катушке А размыкалась, гальванометр опять фиксировал импульс тока в катушке Б, который двигался в обратном направлении.
Данный опыт позволил Фарадею сделать выводы о том, что магнитное поле катушки А, которое меняется относительно времени, рождает электрический ток в катушке Б.
Появление тока в данных условиях определяется как индукция, поэтому ток считается индукционным.
Примечательно, при росте магнитного поля, в случае, когда цепь с катушкой А активна, электрический ток в катушке Б движется в одном направлении, а когда магнитное поле слабеет, во время отключения цепи с катушкой А, ток движется в противоположную сторону.
Возникновение электричества с помощью магнетизма Фарадей определил как явление электромагнитной индукции.
Чтобы убедиться в том, что источник возникновения тока это переменное магнитное поле, Фарадей двигал катушки по отношению друг к другу, при этом ток в катушке А был постоянным, а за счет движения, Катушка Б была в переменном магнитном поле и индуцировала электрический ток.
Исходя из этого опыта он сделал вывод с увеличением скорости движения катушки, увеличивалась сила индукционного тока.
Затем катушка А была заменена источником высокой остаточной магнитной индукцией магнитом, и Фарадей подтвердил опыт со сближением и удалением Катушки Б, которая подключена к гальванометру.
Как и в предыдущем опыте, гальванометр показал ток, который двигался в одном направлении при сближении с магнитом и менял направление на противоположное при отдалении от магнита.
И вновь сила тока увеличивалась при увеличении скорости движения катушки.
После этих опытов Фарадей пришел к выводу, что на возникновение индукционного тока влияет изменение количества линий магнитного поля, через которое проходит катушка.
Иначе говоря, чем больше магнитных линий будет пройдено через катушку Б за короткий промежуток времени, тем выше сила индукционного тока. Число линий, которые проходят через ограниченную площадь проводника определяется как магнитный поток.
Чем выше индукция, тем больше линий магнитного потока, и если умножить их на площадь проводника, учитывая угол наклона к плоскости проводника, можно вычислить магнитный поток.
Формула электромагнитной индукции
Закон электромагнитной индукции дал старт разработкам генераторов
Зная все критерии опыта, можно определить что такое электромагнитная индукция.
Электромагнитная индукция это появление электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, который проходит через проводник.
Главное определение закона электродинамики Фарадей определил так:
Электродвижущая сила, которая возникла в проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через проводник.
ε = -df/ dt
ε это электродвижущая сила
df дифференциальная величина электромагнитного потока,
dt дифференциальная величина времени прохождения потока через контур
Знак — в формуле появился после определения правила Ленца. Он выяснил, что индукционный поток всегда противодействует причине, которая его вызывает.
Формулу можно применять как в ситуации с неподвижным контуром, так и при движении проводников в магнитном поле.
Входящая в нее производная от магнитного потока по времени в общем случае включает в себя две части, первая часть определена переменой магнитной индукции во времени, а вторая – движением проводника по отношению к магнитному полю.
Закон электромагнитной индукции дал старт разработкам генераторов, которые устроены наподобие опытов Фарадея:
- ротор, который двигается,
- статор, находящийся в неизменном положении,
- возникшее между ними электромагнитное поле.
Через обмотку статор проходит электрический ток, который вырабатывает магнитное поле, это поле влияет на магнитное поле ротора, под действием этой силы раскручивается вал.
В этом видео вы увидите целый урок на тему закона Фарадея для электромагнитной индукции: