Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Сегодня мы с вами поговорим о явлении на котором держится вся, ну или практически вся, современная энергетика. Это явление называется электромагнитная индукция.
И так мы с вами прекрасно знаем, что механическую работу, можно превратить в тепло. Как это можно сделать? Например, потереть ладошки, при этом механическая работа переходит во внутреннюю энергию ладошек. А обратный процесс возможен? Можно ли тепловую энергию превратить в механическую работу? Можно! Как это сделано и в каких устройствах? Это сделано в тепловых двигателях: например, двигатель Стирлинга или более популярный двигатель внутреннего сгорания.
И так, в природе существует возможность провести процесс в одном направлении - превратить механическую работу в тепловую энергию и обратный процесс по превращению внутренней энергии в механическую работу. И оказывается, что это правило справедливо не только для приведенного нами примера, но и для других случаев. И серьезные ученые всегда это прекрасно понимали.
А теперь давайте вернемся к тому, что мы с вами изучаем. Мы с вами изучаем "электромагнитные явления". Мы уже знаем, что если по проводнику течет электрический ток, то вокруг него возникает магнитное поле, т.е ток порождает магнитное поле. А может ли быть обратный процесс в природе? Может ли магнитное поле быть использовано для создания электрического тока? Это было бы очень здорово, если бы это было бы возможно. И вот в XIX веке ученые серьезно задумались над этим вопросом. Кто этим занимался? Ну в первую очередь один из крупнейших физиков того времени Андре-Мари Ампер. Мы знаем о силе его имени силе Ампера - это сила, которая действует на проводник с током, находящимся в магнитном поле. Ну и еще нужно упомянуть физика в первую очередь, который с математикой был не в ладах, но у него были золотые руки, сын кузнеца и прислуги, т.е горничной английский ученый Майкл Фарадей. Именно ему удалось сделать то о чем мы будем говорить на этой лекции. Именно им было открыто явление электромагнитной индукции.
Хочется сказать два слова об этом удивительном человеке - Фарадее. Папа - кузнец, мама - горничная. Когда ему было 9 лет, в Лондоне в это время подскочили цены на продукты. Фарадей жил, тогда еще, в пригородах Лондона и на неделю мальчику, чтобы прокормиться была положена буханка хлеба, т.е жизнь была очень тяжелая. Но Фарадею очень повезло, он не стал работать у отца в кузнице, он не стал помогать маме. В 12 лет он устроился работать в книжный магазин, сначала он работал посыльным, а потом помощником переплетчика и это обстоятельство решило судьбу Фарадея. Перед глазами Фарадея проходили десятки и сотни книг, и среди них у Фарадея наибольший интерес вызывали книги по различным разделам естествознания. Фарадей увлекся науками. Он читал Британскую энциклопедию, они читал другие научные книги и просто погружался в этот мир. И многие опыты несмотря на свой скромный достаток Фарадей вычитывая в книгах повторял сам и у него получалось. Т.е это был уже в детстве ребенок, который подавал надежды ученого. Но как пробиться переплетчику в ученые и ему опять-таки повезло? Дело в том, что в книжный магазин, где работал Фарадей, часто приходили ученые, например, из Британской Академии...приходили естествоиспытатели и видели, чем занимается мальчик. Спрашивали: "что ты читаешь?" И он отвечал: "Британскую энциклопедию". "А кто ты такой?" "А я переплетчик" "Слушай, а ты не хочешь посетить лекции знаменитого ученого Гемфри Дэви?" Это был одно из светил, даже не Английской, а мировой науки. Лампа Дэви использовалась до последнего времени, пока не были изобретены электрические фонари. В шахтах лампа Дэви, несмотря на то, что там горит огонь, считается безопасной даже если в шахте есть метан. Так вот Дэви читал курс популярных лекций по физике и по химии, он в основном был химиком, а не физиком. И Фарадей посетил эти лекции. Мальчик законспектировал, то что он услышал, сделал красивый переплет, он же был переплетчиком, и передал Дэви конспект этих лекций в отличном переплете с просьбой возьмите меня пожалуйста к себе на работу. Но Дэви на тот момент не мог этого сделать так как не было вакансий, но опять-таки Фарадею повезло...в лаборатории, где работал Дэви случайно произошел взрыв и стеклянная посуда, лопнув повредила зрение Дэви, не надолго, но Дэви в это время не мог ни читать, ни писать...и тут Дэви вспоминает, что у него есть чудесный мальчишка, который интересуется наукой. Дэви его пригласил и может быть в течении нескольких недель Фарадей работал у Дэви и показал на что он способен: на сколько он интересуется наукой и насколько он талантлив. Потом, правда, зрение Дэви пришло в порядок и Фарадею пришлось вернуться в свою мастерскую, однако, через несколько недель появилась вакансия и Дэви берет Фарадея к себе на работу. И Фарадей стал заниматься наукой...
Ну а теперь об электромагнитной индукции...это открытие датировано 29 августа 1831 года. Мы сейчас опишем опыты, которые проводил Фарадей и в которых проявила себя электромагнитная индукция.
Первый опыт - это было только начало исследований. А для того, чтобы разобраться в том, что происходит Фарадей произвел целую серию опытов...
А может быть дело не обязательно в постоянном магните, который использовал Фарадей. Может быть вместо постоянного магнита можно взять электромагнит? Но перед этим давайте продемонстрируем маленький опыт с катушкой постоянным магнитом и металлическим сердечником.
Ну и теперь давайте попробуем провести опыт с применением электромагнита
И тут Фарадей подумал, а в чем тут причина? В самом движении, если постоянный магнит или электромагнит движется, то возникает ток или в другом причина? В том, что когда магнит движется меняется магнитное поле катушки. Может быть дело совсем не в движении, а в изменении магнитного поля. Как это проверить? Сделать так, что мы магнитное поле менялось, а движения при этом никакого бы не было. Какие будут предложения? На электромагните можно менять полюса. А плавно как-то нельзя менять магнитное поле? Увеличивать или уменьшать силу тока. Как называется устройство для изменения силы тока в цепи? Правильно, реостат...
И так суть электромагнитной индукции состоит в том, что в замкнутом контуре возникает электрический ток при изменении магнитного поля в этом контуре. Стоит отметить, что это еще не строгое определение электромагнитной индукции.
А теперь давайте проведем такой опыт...
И так давайте обобщим результаты опытов Фарадея и приведем на схеме.
Давайте теперь дадим более строгое определение электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция - это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре (катушке) при изменении магнитного поля в этом контуре.
Почему же в контуре возникает ток? И если копнуть глубже, то оказывается вот что. Оказывается, что когда в какой-то точке неподвижной катушки меняется магнитное поле, то тут же возникает электрическое поле. Изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле. Провод, который намотан на неподвижную катушку оказывается в этом электрическом поле и это электрическое поле заставляет двигаться электроны внутри провода. Это электрическое поле обладает очень необычными свойствами. Его называют вихревое электрическое поле. Описывать его на количественном уровне мы будем на более поздних лекциях. Тем более, что здесь все не так просто...
А теперь давайте обсудим другой вопрос...в обобщении опытов Фарадея мы очень уверенно указывали направление движения индукционного тока в катушке, а как же на самом деле это можно выяснить? Как определить направление индукционного тока? Для этого есть правило, которое называется исходя из названия лекции правилом Ленца.
Давайте его сформулируем.
Правило Ленца - индукционный ток, направлен так, что магнитное поле создаваемое индукционным током препятствует изменению магнитного поля, вызвавшего этот ток.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.