Ноутбук начинает глючить, если возле его клавиатуры перемещается браслет с магнитной застежкой. Так проявляется взаимодействие электроники и магнитов. Долгое время ученые исследовали электричество и магнетизм порознь, но в 1820 году Ханс Эрстед нашел между ними связь: в одном из опытов электрический ток отклонил магнитную стрелку. Позже другой трудолюбивый и немного упрямый ученый выяснил, что причиной этого стала электромагнитная индукция. Звали ученого Майкл Фарадей.
Узнав о связи электричества и магнетизма, Фарадей начал собственные исследования. Через год ему удалось заставить магнитную стрелку не просто отклоняться, а непрерывно вращаться под действием электрического тока. Так он создал первый электродвигатель. Ученый верил, что процесс можно обратить и с помощью магнита создать электрический ток.
В лабораторном дневнике Фарадея появилась амбициозная задача: «Превратить магнетизм в электричество». Решить ее сразу не получилось, Фарадея сбивал с толку постоянный ток: он создавал постоянное магнитное поле, которое никак не хотело порождать электричество. Для этого магнитное поле должно как-то меняться во времени, то есть стать переменным. Однако Фарадей этого еще не знал и решил прекратить исследования. Он вернулся к электромагнетизму только через девять лет.
Знаменитые эксперименты
Фарадей проделал множество опытов, но удачными оказались всего два, они же и вошли в историю. Для первого ученый изготовил спираль из медной проволоки, соединил ее с гальванометром и внутрь спирали поместил магнит цилиндрической формы. Когда магнит быстро двигался вперед-назад, по проволоке бежал ток, который отклонял стрелку гальванометра.
Во втором опыте Фарадей намотал на деревянный барабан две медные проволоки разной длины. Ученый разместил их параллельно друг другу — получилось то, что сегодня мы называем катушками с током. Между собой они не соприкасались. Первая была связана с гальванометром, вторая — с заряженной батарейкой и выключателем. Щелкая выключателем, ученый увидел, как стрелка гальванометра дергается в момент щелчка. В это мгновение ток батарейки второй катушки генерировал магнитное поле, которое создавало электрический ток в первой катушке, что и регистрировал прибор.
Позже Фарадей изменил этот опыт, заменив деревянный барабан железным кольцом и намотав медные проволоки на его разные края. Так он изготовил первый в мире трансформатор.
Опыты Фарадея стали долгожданным экспериментальным доказательством существования электромагнитной индукции — явления возникновения электрического тока под влиянием изменяющегося магнитного поля.
Почти одновременно с Фарадеем опыты по генерации тока постоянным магнитом проводил Жан-Даниэль Колладон. Чтобы избежать влияния магнита на стрелку гальванометра, ученый выносил его в другую комнату. Но ток бежал по катушке только в момент движения магнита, у физика не было возможности успеть увидеть дрожание стрелки и первым открыть электромагнитную индукцию.
Для объяснения электромагнитной индукции Фарадей ввел понятие силовых линий поля, окружающих постоянный или электрический магнит. Это понятие в физике используется до сих пор.
Силовые линии магнитного поля замкнутые: они выходят из одного конца магнита (полюса) и входят в противоположный. Полюса магнита лежат на одной оси. Если расположить виток провода перпендикулярно этой оси так, чтобы она пересекала центр окружности витка, он будет охватывать силовые линии магнита, как резинка обхватывает волосы на голове. Когда магнит движется, число силовых линий меняется: чем больше скорость, тем больше силовых линий выходит из магнита и тем выше сила тока, создаваемого магнитным полем в витке провода.
Сегодня инженеры используют электромагнитную индукцию на большинстве электростанций. Механическая энергия ветра, пара, падающей воды или продуктов сгорания ископаемого топлива приводит в движение магнит в электрогенераторе. Вращаясь рядом с катушками, магнит создает в них электрический ток, который и попадает в розетки наших домов.