Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Entdeckung, Erfahrung, Anwendung

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S Der Strom war zwar schwach, aber das später gefundene Prinzip ermöglichte den Bau leistungsstarker Generatoren. Ohne sie wäre Strom immer noch ein Luxus, den sich nur wenige leisten können.
In einer leitenden geschlossenen Schleife entsteht ein elektrischer Strom, wenn sich die Schleife in einem magnetischen Wechselfeld befindet oder sich in einem zeitlich konstanten Feld bewegt, so dass sich die Anzahl der magnetischen Induktionslinien, die die Schleife durchdringen, ändert. Dieses Phänomen wird elektromagnetische Induktion genannt.

Die Geschichte der Entdeckung der elektromagnetischen Induktion. Die Entdeckungen von Hans Christian Oersted und André Marie Ampère zeigten, dass Elektrizität eine magnetische Kraft hat. Der Einfluss magnetischer Phänomene auf elektrische Phänomene wurde von Michael Faraday entdeckt. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () „Verwandle Magnetismus in Elektrizität“, schrieb er 1822 in sein Tagebuch. Englischer Physiker, Begründer der Theorie des elektromagnetischen Feldes, ausländisches Ehrenmitglied der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften (1830).

Beschreibung der Experimente von Michael Faraday Holzblock mit zwei Kupferdrähten umwickelt. Einer der Drähte war mit einem Galvanometer verbunden, der andere mit einer starken Batterie. Als der Stromkreis geschlossen wurde, wurde eine plötzliche, aber äußerst schwache Wirkung auf dem Galvanometer beobachtet, und die gleiche Wirkung wurde bemerkt, als der Strom unterbrochen wurde. Beim kontinuierlichen Stromdurchgang durch eine der Spiralen konnten keine Abweichungen der Galvanometernadel festgestellt werden

Beschreibung der Experimente von Michael Faraday Ein weiteres Experiment bestand darin, Stromstöße an den Enden einer Spule zu registrieren, in deren Inneren ein Permanentmagnet eingesetzt war. Faraday nannte solche Ausbrüche "Elektrizitätswellen".

EMF-Induktion Die Induktions-EMK, die Stromstöße ("Stromwellen") verursacht, hängt nicht von der Größe des magnetischen Flusses ab, sondern von der Geschwindigkeit seiner Änderung.

1. Bestimmen Sie die Richtung der Induktionslinien des äußeren Feldes B (sie verlassen N und treten in S ein). 2. Bestimmen Sie, ob der magnetische Fluss durch den Kreis zunimmt oder abnimmt (wenn der Magnet in den Ring gedrückt wird, dann Ф> 0, wenn er herausgezogen wird, dann Ф 0, wenn er herausgezogen wird, dann Ф 0, wenn er ausgezogen, dann Ä 0, wenn ausgezogen, dann Ä 0, wenn ausgezogen, dann Ä
3. Bestimmen Sie die Richtung der Induktionslinien Magnetfeld B erzeugt durch Induktionsstrom (wenn F > 0, dann sind die Linien B und B in entgegengesetzte Richtungen gerichtet; wenn F 0, dann sind die Linien B und B in entgegengesetzte Richtungen gerichtet; wenn F 0, dann sind die Linien B und B in entgegengesetzte Richtungen gerichtet Richtungen; wenn Ä 0, dann sind die Linien  und  in entgegengesetzte Richtungen gerichtet; wenn Ä 0, dann sind die Linien  und  in entgegengesetzte Richtungen gerichtet; wenn Ä

Aufgaben Formulieren Sie das Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Wer ist der Begründer dieses Gesetzes? Was ist induzierter Strom und wie bestimmt man seine Richtung? Was bestimmt die Größe der Induktions-EMK? Welches Funktionsprinzip elektrische Apparate basierend auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion?

Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion wurde 1831 von Mile Faraday entdeckt. Schon 10 Jahre zuvor dachte Faraday über eine Möglichkeit nach, Magnetismus in Elektrizität umzuwandeln. Er glaubte, dass das Magnetfeld und elektrisches Feld muss irgendwie angeschlossen werden.

Entdeckung der elektromagnetischen Induktion

Beispielsweise kann ein Eisengegenstand mit einem elektrischen Feld magnetisiert werden. Wahrscheinlich sollte es möglich sein, mit Hilfe eines Magneten elektrischen Strom zu gewinnen.

Zunächst entdeckte Faraday das Phänomen der elektromagnetischen Induktion in relativ zueinander stationären Leitern. Wenn in einer von ihnen ein Strom auftrat, wurde auch in der anderen Spule ein Strom induziert. Darüber hinaus verschwand es in der Zukunft und tauchte nur dann wieder auf, wenn die Stromversorgung einer Spule abgeschaltet wurde.

Nach einiger Zeit bewies Faraday in Experimenten, dass, wenn eine stromlose Spule in einem Stromkreis relativ zu einer anderen bewegt wird, an deren Enden Spannung anliegt, auch in der ersten Spule ein elektrischer Strom erscheint.

Das nächste Experiment war das Einführen eines Magneten in die Spule, und gleichzeitig erschien darin auch ein Strom. Diese Experimente sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.

Faraday formulierte den Hauptgrund für das Auftreten von Strom in einem geschlossenen Stromkreis. In einem geschlossenen Stromkreis entsteht Strom, wenn sich die Anzahl der magnetischen Induktionslinien, die diesen Kreis durchziehen, ändert.

Je größer diese Änderung ist, desto stärker wird der Induktionsstrom sein. Es spielt keine Rolle, wie wir eine Änderung der Anzahl der magnetischen Induktionslinien erreichen. Dies kann beispielsweise durch Bewegung der Kontur in einem ungleichförmigen Magnetfeld erfolgen, wie es im Experiment mit einem Magneten oder der Bewegung einer Spule geschehen ist. Und wir können zum Beispiel die Stromstärke in der Spule neben dem Stromkreis ändern, während sich das von dieser Spule erzeugte Magnetfeld ändert.

Der Wortlaut des Gesetzes

Fassen wir zusammen Zusammenfassung. Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion ist das Phänomen des Auftretens von Strom in einem geschlossenen Stromkreis mit einer Änderung des Magnetfelds, in dem sich dieser Stromkreis befindet.

Für eine genauere Formulierung des Gesetzes der elektromagnetischen Induktion muss ein Wert eingeführt werden, der das Magnetfeld charakterisieren würde - den Fluss des magnetischen Induktionsvektors.

magnetischer Fluss

Der magnetische Induktionsvektor wird mit dem Buchstaben B bezeichnet. Er charakterisiert das Magnetfeld an jedem Punkt im Raum. Betrachten Sie nun eine geschlossene Kontur, die die Fläche mit dem Bereich S begrenzt. Stellen wir sie in ein gleichmäßiges Magnetfeld.

Zwischen dem Normalenvektor zur Oberfläche und dem magnetischen Induktionsvektor besteht ein gewisser Winkel α. magnetischer FlussФ durch eine Oberfläche mit einer Fläche S ist eine physikalische Größe, die gleich dem Produkt aus dem Modul des magnetischen Induktionsvektors und der Oberfläche und dem Kosinus des Winkels zwischen dem magnetischen Induktionsvektor und der Normalen zur Kontur ist.

F \u003d B * S * cos (a).

Das Produkt B*cos(a) ist die Projektion des Vektors B auf die Normale n. Daher kann die Form für den magnetischen Fluss wie folgt umgeschrieben werden:

Die Einheit des magnetischen Flusses ist Weber. Bezeichnet 1 Wb. Ein magnetischer Fluss von 1 Wb wird durch ein Magnetfeld mit einer Induktion von 1 T durch eine Oberfläche mit einer Fläche von 1 m ^ 2 erzeugt, die senkrecht zum magnetischen Induktionsvektor steht.

Bisher haben wir elektrische und magnetische Felder betrachtet, die sich mit der Zeit nicht ändern. Es wurde festgestellt, dass das elektrische Feld erzeugt wird elektrische Aufladungen, und das Magnetfeld - bewegte Ladungen, d. H. Elektrischer Strom. Machen wir uns nun mit elektrischen und magnetischen Feldern vertraut, die sich mit der Zeit ändern.

Die meisten wichtige Tatsache, die entdeckt wurde, ist die engste Beziehung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern. Ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt ein elektrisches Feld, und ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Feld. Ohne diese Verbindung zwischen den Feldern wäre die Vielfalt der Erscheinungsformen elektromagnetischer Kräfte nicht so umfangreich, wie sie eigentlich ist. Es gäbe keine Funkwellen oder Licht.

Es ist kein Zufall, dass der erste, entscheidende Schritt zur Entdeckung neuer Eigenschaften elektromagnetischer Wechselwirkungen vom Begründer der Ideen über das elektromagnetische Feld - Faraday - gemacht wurde. Faraday war von der einheitlichen Natur elektrischer und magnetischer Phänomene überzeugt. Dank dessen machte er eine Entdeckung, die später die Grundlage für die Konstruktion von Generatoren aller Kraftwerke der Welt bildete und mechanische Energie in elektrische Stromenergie umwandelte. (Andere Quellen: galvanische Zellen, Batterien usw. – liefern einen vernachlässigbaren Anteil an der erzeugten Energie.)

Elektrischer Strom, so argumentierte Faraday, ist in der Lage, ein Stück Eisen zu magnetisieren. Könnte ein Magnet wiederum einen elektrischen Strom verursachen?

Lange konnte diese Verbindung nicht gefunden werden. Es war schwierig, an die Hauptsache zu denken, nämlich: Nur ein sich bewegender Magnet oder ein sich zeitlich änderndes Magnetfeld kann einen elektrischen Strom in der Spule anregen.

Welche Art von Unfällen die Entdeckung verhindern könnte, zeigt die folgende Tatsache. Fast zeitgleich mit Faraday versuchte der Schweizer Physiker Colladon, mit einem Magneten elektrischen Strom in eine Spule zu bekommen. Bei der Arbeit verwendete er ein Galvanometer, dessen leichte Magnetnadel in die Spule des Geräts eingesetzt wurde. Um zu verhindern, dass der Magnet einen direkten Einfluss auf die Nadel ausübt, wurden die Enden der Spule, in die Colladon den Magneten schob, in der Hoffnung, darin Strom zu bekommen, in den nächsten Raum geführt und dort mit dem Galvanometer verbunden. Nachdem er den Magneten in die Spule eingesetzt hatte, ging Colladon in den Nebenraum und stellte bedauernd fest:

Stellen Sie sicher, dass das Galvanometer keinen Strom anzeigt. Wenn er nur die ganze Zeit das Galvanometer beobachtet und jemanden gebeten hätte, an dem Magneten zu arbeiten, wäre eine bemerkenswerte Entdeckung gemacht worden. Dies geschah jedoch nicht. Ein Magnet, der relativ zu einer Spule ruht, verursacht keinen Strom darin.

Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion besteht darin, dass ein elektrischer Strom in einem leitenden Stromkreis auftritt, der entweder in einem sich zeitlich ändernden Magnetfeld ruht oder sich in einem konstanten Magnetfeld so bewegt, dass die Anzahl der magnetischen Induktionslinien den Schaltung ändert. Es wurde am 29. August 1831 entdeckt. Es ist ein seltener Fall, dass das Datum einer neuen bemerkenswerten Entdeckung so genau bekannt ist. Hier ist eine Beschreibung des ersten von Faraday selbst gegebenen Experiments:

„Ein 203 Fuß langer Kupferdraht wurde auf eine breite Holzspule gewickelt, und zwischen den Windungen wurde ein Draht von gleicher Länge gewickelt, der jedoch vom ersten Baumwollfaden isoliert war. Eine dieser Spiralen war mit einem Galvanometer verbunden, die andere mit einer starken Batterie, die aus 100 Plattenpaaren bestand ... Als der Stromkreis geschlossen wurde, war es möglich, eine plötzliche, aber äußerst schwache Wirkung auf das Galvanometer zu bemerken, und die Dasselbe wurde bemerkt, als der Strom aufhörte. Bei ständigem Stromdurchgang durch eine der Spulen konnte keine Beeinflussung des Galvanometers oder überhaupt eine induktive Beeinflussung der anderen Spule festgestellt werden, obwohl die Erwärmung der gesamten an die Batterie angeschlossenen Spule und die Helligkeit der Funken, die zwischen den Kohlen überspringen, zeugten von Batteriebetrieb“ (Faraday M. „Experimental research on electric“, 1st series).

So wurde zunächst die Induktion in Leitern entdeckt, die während des Schließens und Öffnens des Stromkreises relativ zueinander bewegungslos waren. Faraday verstand dann klar, dass die Annäherung oder Entfernung von Leitern mit Strom zum gleichen Ergebnis führen sollte wie das Schließen und Öffnen des Stromkreises, und bewies durch Experimente, dass der Strom entsteht, wenn sich die Spulen gegeneinander bewegen.

relativ zu einem Freund. Faraday war mit den Werken von Ampère vertraut und verstand, dass ein Magnet eine Ansammlung kleiner Ströme ist, die in Molekülen zirkulieren. Am 17. Oktober wurde, wie in seinem Labortagebuch festgehalten, während des Einführens (oder Herausziehens) des Magneten ein Induktionsstrom in der Spule festgestellt. Innerhalb eines Monats entdeckte Faraday experimentell alle wesentlichen Merkmale des Phänomens der elektromagnetischen Induktion.

Derzeit können Faradays Experimente von jedem wiederholt werden. Dazu benötigen Sie zwei Spulen, einen Magneten, eine Elementbatterie und ein ausreichend empfindliches Galvanometer.

Bei der in Abbildung 238 gezeigten Anlage tritt beim Schließen oder Öffnen in einer der Spulen ein Induktionsstrom auf elektrische Schaltung eine andere Spule, die relativ zur ersten fixiert ist. In der Installation in Abbildung 239 ändert ein Rheostat den Strom in einer der Spulen. In Abbildung 240 a erscheint der Induktionsstrom, wenn sich die Spulen relativ zueinander bewegen, und in Abbildung 240 b - wenn sie sich bewegen Dauermagnet bezüglich der Spule.

Faraday selbst hat schon in äußerlich anders aussehenden Experimenten das Gemeinsame begriffen, das das Auftreten eines Induktionsstroms bestimmt.

In einem geschlossenen leitenden Kreis entsteht ein Strom, wenn sich die Anzahl der magnetischen Induktionslinien, die die von diesem Kreis begrenzte Fläche durchdringen, ändert. Und je schneller sich die Anzahl der magnetischen Induktionslinien ändert, desto größer ist der resultierende Induktionsstrom. In diesem Fall ist der Grund für die Änderung der Anzahl magnetischer Induktionslinien völlig gleichgültig. Dies kann eine Änderung der Anzahl der magnetischen Induktionslinien sein, die den Bereich eines festen leitenden Stromkreises aufgrund einer Änderung der Stromstärke in einer benachbarten Spule durchdringen (Abb. 238), und eine Änderung der Anzahl von Induktionslinien aufgrund der Bewegung des Stromkreises in einem inhomogenen Magnetfeld, dessen Liniendichte im Raum variiert (Abb. 241).

Nach den Entdeckungen von Oersted und Ampère wurde klar, dass Elektrizität eine magnetische Kraft hat. Nun galt es, den Einfluss magnetischer Phänomene auf elektrische zu bestätigen. Dieses Problem wurde von Faraday brillant gelöst.

Michael Faraday (1791-1867) wurde in London geboren, einem der ärmsten Stadtteile. Sein Vater war Schmied und seine Mutter die Tochter eines Pachtbauern. Als Faraday ankam Schulalter Er wurde auf die Grundschule geschickt. Der Kurs, den Faraday hier einnahm, war sehr eng und beschränkte sich nur darauf, Lesen, Schreiben und den Beginn des Zählens zu lehren.

Ein paar Schritte von dem Haus entfernt, in dem die Familie Faraday lebte, gab es eine Buchhandlung, die auch eine Buchbinderei war. Hier kam Faraday an, nachdem er den Kurs abgeschlossen hatte Grundschule als die Frage nach der Berufswahl für ihn auftauchte. Michael war damals erst 13 Jahre alt.

Schon in seiner Jugend, als Faraday gerade mit seiner Selbsterziehung begonnen hatte, strebte er danach, sich ausschließlich auf Fakten zu verlassen und die Berichte anderer mit seinen eigenen Erfahrungen zu verifizieren. Diese Bestrebungen beherrschten ihn sein ganzes Leben lang als Hauptmerkmale seiner wissenschaftlichen Tätigkeit.

Faraday begann als Junge bei der ersten Bekanntschaft mit Physik und Chemie mit physikalischen und chemischen Experimenten. Einmal besuchte Michael eine der Vorlesungen von Humphrey Davy, dem großen englischen Physiker. Faraday machte sich eine ausführliche Notiz über den Vortrag, band ihn und schickte ihn an Davy. Er war so beeindruckt, dass er Faraday anbot, mit ihm als Sekretär zu arbeiten. Bald ging Davy auf eine Reise nach Europa und nahm Faraday mit. Zwei Jahre lang besuchten sie die größten europäischen Universitäten.

Nach seiner Rückkehr nach London im Jahr 1815 begann Faraday als Assistent in einem der Laboratorien der Royal Institution in London zu arbeiten. Es war damals eines der besten physikalischen Laboratorien der Welt.Von 1816 bis 1818 veröffentlichte Faraday eine Reihe kleiner Notizen und kleiner Memoiren zur Chemie. Faradays erste physikalische Arbeit stammt aus dem Jahr 1818.

Basierend auf den Erfahrungen seiner Vorgänger und der Kombination mehrerer seiner eigenen Erfahrungen hatte Michael bis September 1821 die "Erfolgsgeschichte des Elektromagnetismus" gedruckt. Schon damals hat er sich eine völlig korrekte Vorstellung vom Wesen des Phänomens der Auslenkung einer Magnetnadel unter Stromeinwirkung gemacht. Nach diesem Erfolg unterbrach Faraday sein Studium auf dem Gebiet der Elektrizität für zehn Jahre und widmete sich dem Studium einer Reihe von Themen anderer Art.

1823 machte Faraday eine der wichtigsten Entdeckungen auf dem Gebiet der Physik – er erreichte erstmals die Verflüssigung eines Gases und etablierte gleichzeitig eine einfache, aber gültige Methode, um Gase in eine Flüssigkeit umzuwandeln.

1824 machte Faraday mehrere Entdeckungen auf dem Gebiet der Physik. Er stellte unter anderem fest, dass Licht die Farbe von Glas beeinflusst und diese verändert.

1831 veröffentlichte Faraday eine Abhandlung über „Eine besondere Art der optischen Täuschung“, die als Grundlage für ein schönes und merkwürdiges optisches Projektil namens „Chromotrop“ diente. Im selben Jahr wurde eine weitere Abhandlung des Wissenschaftlers „Über vibrierende Platten“ veröffentlicht.

Viele dieser Werke könnten den Namen ihres Autors verewigen. Aber das wichtigste von wissenschaftliche Arbeiten Faraday sind seine Forschungen auf dem Gebiet des Elektromagnetismus und der elektrischen Induktion. Ein wichtiges Gebiet der Physik, das sich mit den Phänomenen des Elektromagnetismus und der induktiven Elektrizität befasst und für die Technik heute von so großer Bedeutung ist, wurde streng genommen von Faraday aus dem Nichts geschaffen.

Als Faraday sich schließlich der Forschung auf dem Gebiet der Elektrizität widmete, wurde festgestellt, dass unter normalen Bedingungen die Anwesenheit eines elektrifizierten Körpers ausreicht, um durch seinen Einfluss Elektrizität in jedem anderen Körper anzuregen.

Gleichzeitig war bekannt, dass der Draht, durch den der Strom fließt und der auch ein elektrifizierter Körper ist, keine Wirkung auf andere Drähte in der Nähe hat. Was hat diese Ausnahme verursacht? Das ist die Frage, die Faraday interessierte und deren Lösung ihn zu den wichtigsten Entdeckungen auf dem Gebiet der Induktionselektrizität führte.

Wie üblich begann Faraday mit einer Reihe von Experimenten, die den Kern der Sache klären sollten. Faraday wickelte zwei isolierte Drähte parallel zueinander auf dasselbe hölzerne Nudelholz. Er verband die Enden eines Drahtes mit einer Batterie aus zehn Elementen und die Enden des anderen mit einem empfindlichen Galvanometer. Als der Strom durch den ersten Draht floss, richtete Faraday seine ganze Aufmerksamkeit auf das Galvanometer und erwartete, an seinen Schwingungen das Auftreten eines Stroms im zweiten Draht zu bemerken. Aber nichts dergleichen: Das Galvanometer blieb ruhig. Faraday beschloss, den Strom zu erhöhen und fügte 120 galvanische Zellen in den Stromkreis ein. Das Ergebnis ist das gleiche. Faraday wiederholte dieses Experiment dutzende Male, alle mit dem gleichen Erfolg. Jeder andere an seiner Stelle hätte das Experiment verlassen, in der Überzeugung, dass der Strom, der durch den Draht fließt, keine Auswirkung auf den benachbarten Draht hat. Aber Faraday versuchte immer, aus seinen Experimenten und Beobachtungen alles zu extrahieren, was sie geben konnten, und deshalb begann er, nachdem er keine direkte Wirkung auf den mit dem Galvanometer verbundenen Draht erhalten hatte, nach Nebenwirkungen zu suchen.

Er bemerkte sofort, dass das Galvanometer, das während des gesamten Stromdurchgangs vollkommen still blieb, beim Schließen des Stromkreises und bei seiner Öffnung in Schwingung gerät. Es hat sich herausgestellt, dass in dem Moment, in dem ein Strom in die erste Ader geleitet wird, und auch wenn diese Übertragung aufhört, auch in der zweiten Ader ein Strom angeregt wird, der im ersten Fall die entgegengesetzte Richtung mit dem ersten Strom hat und der ist ebenso im zweiten Fall und dauert nur einen Augenblick Sekundäre Momentanströme, die durch den Einfluß primärer verursacht werden, wurden von Faraday induktiv genannt, und dieser Name ist ihnen bis heute erhalten geblieben.

Induktive Ströme, die sofort nach ihrem Erscheinen sofort verschwinden, hätten keine praktische Bedeutung, wenn Faraday nicht mit Hilfe einer ausgeklügelten Vorrichtung (Schalter) einen Weg gefunden hätte, den von der Batterie kommenden Primärstrom ständig zu unterbrechen und wieder durch die zu leiten ersten Draht, wodurch der zweite Draht ständig durch immer mehr induktive Ströme angeregt wird und somit konstant wird. Also wurde eine neue Quelle gefunden elektrische Energie, zusätzlich zu bisher bekannten (Reibung und chemische Prozesse), - Induktion, und die neue art dieser Energie ist Induktionselektrizität.

Faraday setzte seine Experimente fort und entdeckte weiter, dass eine einfache Annäherung eines in einer geschlossenen Kurve verdrehten Drahtes an einen anderen, entlang dem ein galvanischer Strom fließt, ausreicht, um einen induktiven Strom in der dem galvanischen Strom entgegengesetzten Richtung in einem Neutralleiter zu erregen, d.h das Entfernen eines Neutralleiters wieder einen induktiven Strom in ihm erregt, der Strom bereits in der gleichen Richtung ist wie der galvanische Strom, der entlang eines festen Drahtes fließt, und dass diese induktiven Ströme schließlich nur beim Annähern und Entfernen des Neutralleiters angeregt werden Draht zum Leiter des galvanischen Stroms, und ohne diese Bewegung werden die Ströme nicht angeregt, egal wie nahe die Drähte beieinander liegen . Somit wurde ein neues Phänomen entdeckt, ähnlich dem oben beschriebenen Phänomen der Induktion während des Schließens und Beendens des galvanischen Stroms.

Diese Entdeckungen wiederum führten zu neuen. Wenn es möglich ist, durch Schließen und Stoppen des galvanischen Stroms einen induktiven Strom zu erzeugen, würde dann nicht das gleiche Ergebnis durch Magnetisierung und Entmagnetisierung von Eisen erzielt werden? Die Arbeit von Oersted und Ampère hatte bereits die Beziehung zwischen Magnetismus und Elektrizität hergestellt. Es war bekannt, dass Eisen zu einem Magneten wurde, wenn ein isolierter Draht darum gewickelt wurde und ein galvanischer Strom hindurchfloss, und dass die magnetischen Eigenschaften dieses Eisens aufhörten, sobald der Strom aufhörte. Darauf basierend entwickelte Faraday diese Art von Experiment: Zwei isolierte Drähte wurden um einen Eisenring gewickelt; Außerdem wurde ein Draht um eine Hälfte des Rings gewickelt und der andere um die andere.

Nachdem Faraday diese Ergebnisse erhalten hatte, beschloss er, seine Experimente zu diversifizieren. Anstelle eines Eisenrings begann er, ein Eisenband zu verwenden. Anstatt Magnetismus in Eisen mit galvanischem Strom anzuregen, magnetisierte er das Eisen, indem er es mit einem Dauermagneten aus Stahl in Berührung brachte. Das Ergebnis war das gleiche: in dem um das Eisen gewickelten Draht, immer! Der Strom wurde im Moment der Magnetisierung und Entmagnetisierung von Eisen angeregt. Dann führte Faraday einen Stahlmagneten in die Drahtspirale ein – dessen Annäherung und Entfernung verursachte Induktionsströme im Draht. Mit einem Wort, der Magnetismus im Sinne der Erregung induktiver Ströme wirkte genau so wie der galvanische Strom.

Damals beschäftigten sich die Physiker intensiv mit einem mysteriösen Phänomen, das 1824 von Arago entdeckt wurde, und fanden trotzdem keine Erklärung; dass diese Erklärung von so bedeutenden Wissenschaftlern der Zeit wie Arago selbst, Ampère, Poisson, Babaj und Herschel intensiv gesucht wurde. Fall I war wie folgt. Eine frei hängende Magnetnadel kommt schnell zum Stillstand, wenn man einen Kreis aus nicht magnetischem Metall darunter bringt; wird der Kreis dann in Drehbewegung versetzt, beginnt die Magnetnadel ihm zu folgen. In ruhigem Zustand konnte zwischen dem 5. Kreis und dem Pfeil nicht die geringste Anziehung oder Abstoßung festgestellt werden, während derselbe Kreis, der in Bewegung war, nicht nur einen leichten Pfeil, sondern auch einen schweren Magneten mit sich zog. Dieses wahrhaft wundersame Phänomen erschien den damaligen Wissenschaftlern als ein mysteriöses Rätsel, etwas jenseits des Natürlichen. Faraday ging auf der Grundlage seiner obigen Daten davon aus, dass ein Kreis aus nicht magnetischem Metall unter dem Einfluss eines Magneten während der Rotation durch induktive Ströme umgewälzt wird, die auf die Magnetnadel einwirken und sie hinter den Magneten ziehen. Tatsächlich erhielt Faraday einen konstanten elektrischen Strom während der Drehung des Kreises, indem er den Rand des Kreises zwischen die Pole eines großen hufeisenförmigen Magneten einführte und die Mitte und den Rand des Kreises mit einem Galvanometer mit einem Draht verband.

Im Anschluss daran entschied sich Faraday für ein anderes Phänomen, das damals allgemeine Neugier hervorrief. Wie Sie wissen, werden Eisenspäne, wenn sie auf einen Magneten gestreut werden, entlang bestimmter Linien gruppiert, die Magnetkurven genannt werden. Faraday machte auf dieses Phänomen aufmerksam und gab 1831 magnetischen Kurven den Namen "magnetische Kraftlinien", die dann allgemein verwendet wurden. Die Untersuchung dieser "Linien" führte Faraday zu einer neuen Entdeckung, es stellte sich heraus, dass für die Anregung induktiver Ströme die Annäherung und Entfernung der Quelle vom Magnetpol nicht erforderlich ist. Um Ströme anzuregen, genügt es, die magnetischen Kraftlinien auf bekannte Weise zu kreuzen.

Weitere Arbeit Faraday in der vorgenannten Richtung erhielt aus heutiger Sicht den Charakter von etwas ganz Wunderbarem. Anfang 1832 demonstrierte er einen Apparat, in dem induktive Ströme ohne Zuhilfenahme eines Magneten oder galvanischen Stroms angeregt wurden.

Das Gerät bestand aus einem Eisenstreifen, der in eine Drahtspule gelegt wurde.

Faraday schloss eine Reihe von Studien auf dem Gebiet der elektrischen Induktion mit der 1835 gemachten Entdeckung der „induktiven Wirkung des Stroms auf sich selbst“ ab. Er fand heraus, dass beim Schließen oder Öffnen eines galvanischen Stroms im Draht selbst, der als Leiter für diesen Strom dient, augenblickliche induktive Ströme angeregt werden.

Der russische Physiker Emil Christoforovich Lenz (1804-1861) gab eine Regel zur Bestimmung der Richtung des induzierten Stroms an.

„Der Induktionsstrom ist immer so gerichtet, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld die Bewegung, die die Induktion verursacht, behindert oder verlangsamt“, bemerkt A.A. Korobko-Stefanov in seinem Artikel über elektromagnetische Induktion. - Wenn sich beispielsweise die Spule dem Magneten nähert, hat der resultierende induktive Strom eine solche Richtung, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld dem Magnetfeld des Magneten entgegengesetzt ist. Dadurch entstehen zwischen Spule und Magnet abstoßende Kräfte.

Die Lenzsche Regel folgt aus dem Energieerhaltungs- und -umwandlungsgesetz. Würden Induktionsströme die Bewegung beschleunigen, die sie verursacht, dann würde aus dem Nichts Arbeit entstehen. Die Spule selbst würde nach einem kleinen Stoß auf den Magneten zueilen, und gleichzeitig würde der Induktionsstrom darin Wärme freisetzen. In Wirklichkeit entsteht der Induktionsstrom dadurch, dass Magnet und Spule näher zusammengebracht werden.

Warum gibt es einen Induktionsstrom? Eine tiefgreifende Erklärung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion lieferte der englische Physiker James Clerk Maxwell, der Schöpfer einer vollständigen mathematischen Theorie des elektromagnetischen Feldes.

Um die Essenz der Sache besser zu verstehen, betrachten Sie ein sehr einfaches Experiment. Die Spule bestehe aus einer Drahtwindung und werde von einem magnetischen Wechselfeld senkrecht zur Ebene der Windung durchbohrt. In der Spule fließt natürlich ein Induktionsstrom. Maxwell interpretierte dieses Experiment mit außergewöhnlichem Mut und Unerwartetheit. Wenn sich das Magnetfeld im Raum ändert, entsteht nach Maxwell ein Vorgang, für den das Vorhandensein einer Drahtspule keine Rolle spielt. Die Hauptsache ist hier das Auftreten geschlossener Ringlinien des elektrischen Feldes, die das sich ändernde Magnetfeld überdecken.

Unter der Wirkung des entstehenden elektrischen Feldes beginnen sich Elektronen zu bewegen und in der Spule entsteht ein elektrischer Strom. Eine Spule ist nur ein Gerät, mit dem Sie ein elektrisches Feld erkennen können. Das Wesen des Phänomens der elektromagnetischen Induktion besteht darin, dass ein magnetisches Wechselfeld im umgebenden Raum immer ein elektrisches Feld bei geschlossenem erzeugt Kraftlinien. Ein solches Feld nennt man Wirbelfeld.

Die Forschung auf dem Gebiet der durch Erdmagnetismus erzeugten Induktion gab Faraday die Gelegenheit, bereits 1832 die Idee eines Telegrafen zu äußern, die dann die Grundlage dieser Erfindung bildete.

Im Allgemeinen wird die Entdeckung der elektromagnetischen Induktion nicht ohne Grund den herausragendsten Entdeckungen des 19. Jahrhunderts zugeschrieben - die Arbeit von Millionen von Elektromotoren und Stromgeneratoren auf der ganzen Welt basiert auf diesem Phänomen ...