Відкриття явища електромагнітної індукції М. Фарадеєм

Відкриття Х. К. Ерстед в 1820 році магнітного дії струму довело, що електричні та магнітні явища пов’язані між собою. Теорія А.М. Ампера звела численні досліджені їм магнітні явища до взаємодії електричних струмів, тобто рухомих електричних зарядів. Після відкриття Ерстеда і робіт Ампера англійський учений Майкл Фарадей прийшов до думки про зворотний процес – порушення електричного струму магнетизмом: якщо електричний струм породжує магнітне поле, то чому магнітне поле не може порушити електричний струм? У 1822 році в робочому зошиті М. Фарадея з’являється запис, в якій сформульована задача: «Перетворити магнетизм в електрику». На вирішення поставленого завдання М.Фарадей потрібно майже десять років наполегливих і численних експериментів, які привели до відкриття явища електромагнітної індукції [1] 29 серпня 1831.

Протягом тривалого часу М.Фарадей носив у кишені моток дроту і постійний магніт, в будь-яку вільну хвилину намагаючись придумати нове розташування дроту і магніту, яке призвело б до появи електричного струму. Як це часто бувало в історії, успіх прийшов несподівано, правда, довелося його чекати майже десять років. Щоб виключити безпосередній вплив магніту на прилад, реєструючий струм (гальванометр), М.Фарадей розташовував магніти і провідники (частіше котушки) в одній кімнаті, а гальванометр в іншій. Розташувавши черговий раз котушки і магніти, М.Фарадей переходив в іншу кімнату, що б переконатися в черговий раз, що електричний струм відсутній. Нарешті, одним із співробітників було відмічено, електричний струм виникає тільки в момент відносного руху провідника і магніту.

Зараз експерименти М. Фарадея легко відтворити в шкільній лабораторії. Досить підключити дротяну котушку до гальванометра і внести всередину котушки постійний магніт. Коли магніт вдвигается в котушку, стрілка гальванометра відхиляється, показуючи наявність струму в ланцюзі (Мал. 104).

Струм припиняється, коли магніт нерухомий. Якщо витягувати магніт з котушки, то знову гальванометр реєструє наявність струму, тільки протилежного напрямку. Якщо змінити полярність магніту, то напрямок струму також змінюється. Величина струму залежить від швидкості руху магніту – чим швидше рухається магніт, тим більше сила виникає електричного струму. Аналогічні результати виходять, якщо магніт нерухомий, а рухається котушка.

Іншими словами, результат залежить тільки від відносного руху котушки і магніту.

Далі М.Фарадей показав, що в контурі з’являється електричний струм і в тому випадку, коли він знаходиться в змінюється в часі магнітному полі. Щоб продемонструвати це явище можна в попередніх експериментах замінити постійний магніт на котушку, підключену до джерела постійного струму (Мал. 105). Гальванометр реєструє струм, тільки в моменти включення і виключення джерела струму. Зверніть увагу, що, котушки не з’єднані між собою, єдиний зв’язок між ними здійснюється за допомогою магнітного поля.

Таким чином, у всіх випадках при зміні магнітного поля в замкнутому контурі з’являється електричний струм, що свідчить про появу в ньому електрорушійної сили. М.Фарадей свої міркування про електромагнітні явища пов’язував з властивостями силових ліній, які він сприймав як цілком реальні пружні нитки і трубки. У таких міркуваннях електричний струм виникає, коли силові лінії магнітного поля рухаються і перетинають контур, завдяки чому в контурі наводять (індукується) ЕРС.

Явище виникнення електричного струму в контурі при зміні магнітного поля М.Фарадей назвав явищем електромагнітної індукції.

Далі ми не будемо суворо слідувати за міркуваннями і експериментами М. Фарадея, тому, що в його час природа електричних і магнітних явищ була абсолютно невідома: навіть електричний струм не завжди зв’язувався з рухом електричних зарядів. Тому в нашому викладі ми будемо використовувати факти та ідеї, які стали відомі значно пізніше.

Посилання на основну публікацію