Реферати українською » История техники » Основоположник вчення про електромагнітному полі


Реферат Основоположник вчення про електромагнітному полі

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Шнейберг Ян

Ніколи з часів Галілея світло бачив настільки разючих і багатьох відкриттів, що з голови, і чи скоро побачить іншого Фарадея.

О.Г. Столєтов

Коли родині бідного лондонського коваля Джемса Фарадея народився син, під назвою Майклом, ніхто не міг уявити, що це хлопчик, котрий мав можливості навіть закінчити початкову школу, стане на весь світ ученим. Членом 97 академій і наукових товариств, зокрема почесним членом Петербургській академії наук!

Майкл народився 22 вересня 1791 року у дружній сім'ї, де з дитинства прищеплювалася любов до праці і скромність. Батько Фарадея помер рано, а мати, проста неосвічена жінка, доживши до глибокій старості, застала ті щасливі дні, коли її улюбленець – молодший син – отримав світову популярність вченого.

Заробіток батька була дуже малим, порції хліба по обід ставали дедалі менше. Коштів на навчання дітей бракувало, і батьки змушені були віддати старшому братові в учні до ковалю, а 14-річного Майкла – до власнику книжкової крамниці і переплетній майстерні. Хто знає, потрап Майкл навчання до швець чи кравцю, навряд він з дитинства полюбив б книжки.

Спочатку Майкл був рознощиком газет, а через рік почали навчати переплетному справі. Він захоплюється читанням книжок, тим більше господар майстерні, зазначаючи його вправність та працьовитість, всіляко заохочує захоплення.

Якось у майстерню принесли три маленьких томика «Хімічні розмови», популярне й цікаво написаних швейцарської письменницею Морсе. Майкл буквально проковтнув цих книжок і відтворив викладені у них найпростіші хімічні досліди. Можливо, з цих дослідів і розпочинається біографія видатного винахідника.

Коли майстерню принесли багатотомне видання «Британської енциклопедії» (кожен тому вагою майже полпуда), Майкл уважно прочитав статтю про електриці і вельми захопився цією таємничою силою природи. Він став демонструвати працівникам облдержадміністрації і відвідувачам майстерні цікавий досвід з электризацией палички сургучу, натираемой полотняною ганчіркою. Потім, використовуючи які були під руками інструменти, і підручні матеріали, він у малюнку в «Енциклопедії» спорудив дуже ефективну електричну машину, яка наводила захоплення всіх, хто її спостерігав. Шістнадцятирічний винахідник дуже пишався своїм створенням, тим більше у її виготовлення йому довелося працювати як руками, а й головою, спрощуючи і замінюючи деякі деталі машини.

Молодий Фарадей дедалі більше відчуває недостатність своїх знань й починає регулярно відвідувати загальноосвітні лекцій з фізики й астрономії. Оплачувати лекції їй сприяє брат, а опановувати знання – друзі. З їхньою допомогою він навчився грамотно писати і чітко викладати своїх поглядів.

Життєвий шлях Майкла Фарадея – чудовим прикладом дивовижною спраги знання, працьовитості, невтомною наполегливості у подоланні труднощів, неизбежадея було ознайомлення з видатним англійським ученим Хемфрі Деві. Його запросив на лекцію знаменитого фізика й хіміка в Королівському інституті одне із відвідувачів переплетній майстерні, великий любитель хімії. Ці чотири останніх лекції Деві вирішили долю Майкла. Він був, можливо, однією з уважних слухачів, а супроводжували лекцію експерименти викликали в нього захоплення.

Майклу здавалася незбутньою мрія зайнятися науковою працею. За порадою тієї самої знайомого Фарадей посилає Деві лист разом із конспектами лекцій, акуратно переплетеними на окрему зошит. Невдовзі приходить відповідь. Деві зазначає його конспекти, обнаруживающие «велике старанність, увага фахівців і силу пам'яті». «Я радий, якщо зможу бути Вам корисний», – пише Деві. Бо важко уявити хвилювання, яке пережив Фарадей, перечитуючи лист.

Наприкінці січня 1813 року Майкл вперше зустрівся з Деві, а 1 березня отримав від нього запрошення зайняти його місце лаборанта до лабораторій Королівського інституту. У цьому Деві попередив Фарадея про нелегкий шлях вченого, намагаючись розсіяти ілюзії ще недосвідченого юнаки. Невдовзі Фарадей переконався у справедливості цього попередження. Він лише виконував обов'язки лаборанта, але його сутнісно і служителем, і лакеєм, зокрема і в леді Деві. І коли наприкінці 1813-го Деві із дружиною поїхали в подорож Європою, то з собою Фарадея як лакея і слуги.

Під час подорожі Фарадей познайомився з цими відомі вчені, як Ампер, Вольта, Гумбольт, Гей-Люссак. Ці зустрічі помітно збагатили пізнання Фарадея і навіть зміцнили прагнення зайнятися самостійними науковими дослідженнями. З 1815 року допомагає Деві у проведенні хімічних експериментів, невдовзі публікуються його перші науковими статтями по хімії, він притягують до редагування наукового журналу, викладає лекції в організованому їм філософському суспільстві, объединявшем молоді із бідних сімей, цікавляться досягненнями науки.

Зоряним годиною у творчості Фарадея, очевидно, слід вважати момент, коли дізнався про надзвичайно цікавому відкритті датського фізика Г.Х. Эрстеда – дії електричного струму на магнітну стрілку. По образним висловом однієї з учених, відтоді электромагнетизм привернула до собі тільки залізо, а й думки найвизначніших європейських фізиків.

Торішнього серпня 1820 року Деві ознайомив Фарадея з трехстраничным доповіддю Эрстеда. Вони разом повторили досліди датського фізика, і відтоді майже всі найважливіші дослідження Фарадея, що принесли льотчику б світової слави, пов'язані з вивченням електромагнітних явищ.

У досвіді Эрстеда спостерігалося принципово нове явище: не було звичного що притягує і відразливого дії «електричної сили»; магнітна стрілка компаса поверталася і ставала впоперек дроти із течією.

Фарадей докладно знайомиться з відкриттями у сфері електромагнетизму, зробленими 1820 року французькими вченими Ампером, Араго, Био і Саваром. Закон про взаємодії струму і магн обертальний характер руху провідника щодо магніту і магніту щодо провідника.

Проявивши неабиякі здібності експериментатора, Фарадей в 1821 року вперше створює оригінальний прилад, у якому цього закону отримав наочне підтвердження (рис. 1). При підключенні до джерела струму у лівій посудині зі ртуттю рухливий магніт обертався навколо нерухомого дроти, а правом – рухливий провідник обертався навколо нерухомого магніту.

Над своїм приладом Фарадей, за його зізнанням, «довго сушив голову... навіть ночами прокидався й гадав».

Цей експеримент наочно ілюстрував можливість побудови електродвигуна.

На думку однієї з біографів, «...лише відкриття Фарадеем «електромагнітного обертання» доставило йому світову популярність... Цього було чимало, щоб зайняти чільне місце й у науковому світ на той час, й у історії науки». Фарадей опублікував в науковому часописі Королівського суспільства статтю з історичним оглядом явищ електромагнетизму. Після створення приладу він зробив другу статтю по электромагнетизму «Нових електромагнітних рухах».

У тому ж 1821-м Фарадей записує у власному щоденникові чудові слова: «Перетворити магнетизм в електрику». Така новаторська наукова проблема можна було сформульована лише непересічним дослідником, глибоко розумів складні взаємозв'язок харчування та взаємоперетворення різних сил природи. Такі матеріалістичні уявлення лежали основу філософського світогляду Фарадея задовго до відкриття закону збереження та перетворення енергії.

Справді, досягнення науку й практики, добре відомі Фарадею, переконливо підтверджували його віру в «єдність сил природи» (термін «енергія» тоді ще вживався): взаємне перетворення теплової та механічної, електричної та хімічної енергій. Ось як це у власному щоденникові Фарадей: «Усі сили природи основу своєї єдині. Тепло, розширюючи пар в паровий машині, перетворюється на механічне рух.

Механічне рух, як, наприклад, обертання колеса, зупинене тертям гальма, переходить знову на тепло, нагріваючи гальмо і колесо. Такий взаємний перехід повинен безсумнівно існувати також між електрикою, і магнетизмом». Тож якщо електричний струм створює магнітне полі, можна припустити існування зворотного процесу: магнетизм перетворюється на електрику.

Отаким разючою для свого часу наукові передбачення, заснованим на міцних фундаментах знань, володів Фарадей. І запис у його щоденнику з'явилася випадково. Але знадобилося десять (!) років наполегливої праці, щоб практично вирішити це завдання.

Ім'я Фарадея вже стала відомим у учених колах, але невпинно займався самоосвітою: вивчав праці знаменитих фізиків і хіміків. І хоча багато часу він присвячував вивченню електромагнітних явищ, то на відміну від Деві вдалося в 1823 року вперше отримати жидкийка, котрий усе більш переконувався в обдарованості і таланті молодий науковець був.

Колеги Фарадея виступили з пропозицією обрати їх у члени Лондонського Королівського суспільства, президентом якого було Деві. Спочатку він різко заперечував проти обрання Фарадея: неможливо міг змиритися з думкою, що його колишній лакей і учень буде визнаний гідним вищого наукового звання. Проте під впливом низки учених Деві дав згоду для проведення виборів. 8 січня 1824 року

Фарадей обирається членом Королівського суспільства. Як пишуть біографи Фарадея, в баллотировочном ящику виявився лише одне чорний кулю «і Фарадей будь-коли дізнався, голосував Деві за або проти його обрання». Однак у дружньому колі Деві любив повторювати, що його важливих науці відкриттів найбільшим було «відкриття Фарадея».

У 1827 року Фарадей отримав «професорську кафедру» в Королівському інституті. Його лекції викликали загальний інтерес. Але що займалася Фарадей, усі його думки були про «перетворення магнетизму в електрику».

Розповідають, що він носив у задній кишені невелику спіраль з мідної дроту тонку залізний брусок, нерідко діставав цю своєрідну модель електромагніта і встановлював деталі у різноманітні становища. Багато друзів й колеги вважали його диваком. Фарадею не давала спокою думка про фізичної сутності явища, описаної у 1824 року французьким ученим Араго і названого їм «магнетизмом обертання».

Магнітна стрілка компаса, вміщена в мідну коробку з мідної кришкою (мідь – немагнитный матеріал), при повороті кришки поверталася у тому напрямі. При нерухомій кришці стрілка залишалася також нерухомій. Навіть великий Ампер було пояснити це явище.

Протягом довгих десятиріччя щодень Фарадей ставив досвід ось за досвідом, старанно записуючи в лабораторний журнал. Опытов були тисячі, але «порушення електрики у вигляді магнетизму» досягти не вдавалося.

29 серпня 1831 року – пам'ятний день у життя Фарадея, а й у історії науки.

У першому експерименті на дерев'яну чи картонну котушку була намотана мідна дріт, між її витками – друга дріт, ізольовані першої бавовняною ниткою (рис. 2). Один із спіралей поєднувалася з гальванометром, інша – із сильною батареєю зі ста пар пластин. При замиканні і размыкании електричної ланцюга стрілка гальванометра слабко відхилялася. Але у безупинному проходженні струму через першу спіраль гальванометр залишався нерухомим.

Вочевидь, у вторинної ланцюга виникав струм. Але чому тільки при замиканні і размыкании первинної ланцюга? А які властивості цього струму? Помістивши всередину спіралі, включеної у вторинну ланцюг, сталеву голку, Фарадей виявив, що вона намагничивается индуктированным струмом. Отже, цей струм має тими самими властивостями, як і струм, отриманий гальванічної батареї.

Але чому ж таки стрілка гальванометра нерухома, коли струм відбувається за першої спіралі й закручено навіть нагріває ик, а великий експериментатор залишався наодинці зі сумнівами.

Було очевидним, що, оскільки спіралі між собою електрично не з'єднані, перша діє другу через навколишню їх середу. Природно було очікувати, як на відхилення стрілки гальванометра заміна дерев'яної котушки залізним кільцем? Адже залізо легко намагничивается струмом (рис. 3).

Виявилося, що стрілка відхиляється на більший кут, т. е. середовище, навколишня провідник із течією, грає активну роль і може посилювати явище індукції.

Зазначимо, до речі, що у досвіді з залізним кільцем і двома спіралями помітні прообраз найпростішої конструкції трансформатора.

Прагнучи з'ясувати причину виникнення індукційного струму лише за замиканні і размыкании первинної ланцюга, Фарадей намагався логічно уявити фізичний процес цього явища. При замиканні і размыкании ланцюга виникало і зникало магнітне полі, створюване струмом. Інакше кажучи, відбувалося зміна магнітного стану середовища, окружавшей первинну і вторинну спіралі. Однак магнітне стан середовища можна отримати й без електричного струму, застосовуючи звичайні стрижневі постійні магніти.

Цей досвід Фарадей здійснив 24 вересня 1831 року. Він обмотав залізний циліндр мідної ізольованій дротом, з'єднавши її кінці з гальванометром. Циліндр було вміщено між двома постійними стрижневими магнітами, які внизу стикалися різнойменними полюсами (рис. 4а). При смыкании і размыкании кінців магнітів стрілка гальванометра відхилялася. Це Фарадей назвав вже «магнитно-электрической», а чи не «вольта-электрической індукцією». Пізніше він наголосив, що принципової різниці між тими явищами немає, і навіть запропонував назва «электромагнитная індукція».

Минає понад два тижні, і 17 жовтня 1831 року Фарадей ставить найпереконливіший експеримент, дає прямий у відповідь це завдання. Якщо зміна магнітного поля, викликане розмиканням і замиканням магнітів, збуджує в котушці струм, це зміна можна викликати ще більше просто.

На картонну котушку була намотана спіраль з мідної дроту, соединявшейся кінцями з гальванометром (рис. 4б). Фарадей взяв циліндричний магнітний брусок і далі, пише він у своєму журналі, «... швидким рухом уштовхнув магніт всередину спіралі протягом усього його довжину, і стрілка гальванометра пережила поштовх. Потім ж швидко витягнув магніт... і стрілка змістилися, але у протилежний бік. Ці качання стрілки повторювалися щоразу, як магніт вталкивался чи выталкивался. Це означає, що електрична хвиля виникає лише за русі магніту, а чи не з властивостей, властивих то спокої».

Отже, «магнетизм перетворювалася на електрику» – геніальна гіпотеза вченого була переконливо підтверджено!

А за кілька днів Фарадей здійснює іще одна експеримент, з допомогою якого наочно пояснює явище, відкрите Араго, і можливість егнита вищеописаним чином, гадаю, що досвід пана Араго може

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація