Как Фарадей запряг электричество в работу
29 августа 1831 года Майкл Фарадей начал серию экспериментов, результатом которой стало появление науки электродинамики и промышленной отрасли электроэнергетики
В ходе экспериментов Фарадей создал устройство, которое сейчас называется трансформатором, а затем первую в мире динамо-машину. Фарадей подвел под открытые им явления теоретическую базу, сформулировав закон электромагнитной индукции о превращении механической работы в электрический ток.
К XIX веку ученые довольно хорошо изучили законы электричества, вызванного трением, и даже открыли новый, химический источник электроэнергии — аккумулятор. Но для полезной работы, отличной от притягивания и отталкивания пушинок в электрическом поле и создания искусственной молнии (вольтовой дуги), эти источники тока были слишком слабые. Потом эту науку об электричестве назовут электростатикой, подчеркивая ее названием отсутствие в ней полезного движения.
Откуда взять ток в неограниченном количестве, было понятно. Если электричество можно превратить в магнетизм (обмотанный проволокой кусок железа при подаче тока в обмотку становился магнитом), то надо было лишь произвести обратное действие: превратить магнетизм в электричество. До Фарадея эту цель ставили себе многие ученые, но в цепочке их действий был логический пробел.
Все видели, что вблизи проводника с током магнитная стрелка в приходит в движение. Как раз движение они пропускали в своих рассуждениях об обратной связи магнетизма с электричеством, пытаясь вызвать ток в проводнике в поле неподвижного магнита. Стоило всего лишь подвигать магнит, и в проводке потек бы ток. Но задним умом любой крепок. Гениальность же Фарадея заключалась в том, что он тоже не предпринимал попыток подвигать магнитом, но после опыта 29 августа 1931 года понял, почему это надо сделать.
Намотав две изолированные друг от друга обмотки на железный бублик (сделав первый в мире трансформатор) он подавал ток в одну и видел, что при включении и выключении в ней тока магнитная стрелка вблизи проводов, отведенных от второй обмотки, дергается. Только при включении и выключении! Когда магнитное поле движется — растет или падает. Он подвигал магнитом внутри обмотки из проводов, и в ней потек ток. Так было открыто явление электромагнитной индукции.
В следующих опытах Фарадей крутил в поле магнита медный круг со скользящими по нему проволочками-токосъемниками — в цепи потек ток. Это был первый электрогенератор, остальное было делом техники. Спустя полвека были построены первые электростанции и в домах людей зажглись первые электрические лампочки.
Сектант электротехнической революции
Майкл Фарадей, английский физик-экспериментатор и химик. Член Лондонского королевского общества и множества других научных организаций, в том числе иностранный почётный член Петербургской академии наук
5 Minute Biographies
Е сли верить концепции технико-экономических волн Карлоты Перес , Фарадей родился через двадцать лет после начала первой, промышленной, технологической революции (механизация производства), уже зрелым человеком встретил вторую, связанную с паром и железными дорогами, и умер незадолго до третьей (электричество, сталь, тяжелая промышленность). Этот тот чистый случай роли личности в истории, когда мы наверняка можем сказать, что, если бы Фарадея не было, третья технологическая революция случилась бы с заметным опозданием, так как его работы по электромагнетизму, заложившие основы современной электротехники, были определяющими и уникальными. Пожалуй, ни в одном другом революционном технологическом сдвиге цивилизации нет столь четкой персонификации.
Электродвигатель, трансформатор, генератор — все эти революционные изобретения сделал человек без особого образования, плохо знавший математику и практически не использовавший в своих трудах формул
Не менее любопытно и еще одно обстоятельство: электродвигатель, трансформатор, генератор — все эти революционные изобретения сделал человек без особого образования, плохо знавший математику и практически не использовавший в своих трудах формул. Уже значительно позже Джеймс Максвелл оформил (по его собственной скромной оценке) натурфилософские мутноватые рассуждения Фарадея в элегантную систему уравнений, однако машины третьей технологической революции к этому моменту были созданы и работали.
В отличие от Галилея, утверждавшего, что книга природы написана языком математики, плохо знавший математику Фарадей утверждал, что на самом деле она «написана перстом Господа»
Наконец, третья удивительная вещь, связанная с творчеством Фарадея: придумывая машины третьей технологической революции, он параллельно создал современную физику. Мощь физической интуиции необразованного Фарадея даже не столько восхищает, сколько пугает. Как мог этот подмастерье переплетчика, делавший скромную карьеру лаборанта, создать одну из самых продуктивных концепций современной физики — концепцию поля? Этим же вопросом безуспешно задавались Максвелл и Эйнштейн. Некоторые историки науки считают, что необразованность Фарадея, его незашоренность, в частности ньютоновским дальнодействием, позволили ему сразу считать, что действие передается не через пустоту, а с помощью некоего «силового посредника». Отчасти эту точку зрения разделял и сам Максвелл, замечая в своем знаменитом «Трактате»: «Фарадей своим мысленным взором видел пронизывающие всё пространство силовые линии там, где математики видели центры сил, притягивающие на расстоянии. Фарадей видел среду там, где они не видели ничего, кроме расстояния. Фарадей усматривал местонахождение явлений в тех реальных процессах, которые происходят в среде, а они довольствовались тем, что нашли его в силе действия на расстоянии, которая прикладывается к электрическим жидкостям».
Роберт Сандеман был шотландским нонконформистским богословом. Его последователи , сандеманианцы, настаивая на буквальном прочтении Библии, утверждали целостность и взаимосвязанность всех вещей, отрицая пустое пространство
Некоторые же идут еще дальше и связывают происхождение фарадеевой концепции силового поля с его принадлежностью секте сандеманианцев, которые, настаивая на буквальном прочтении Библии, утверждали целостность и взаимосвязанность всех вещей, отрицая пустое пространство. Хотя подобные размышления могут завести нас достаточно далеко, следует признать, что и семья Фарадея, и он сам всегда оставались членами этой секты, отколовшейся в восемнадцатом веке от пресвитерианской церкви Шотландии ввиду недостаточной ригоричности последней. В отличие от Галилея, утверждавшего, что книга природы написана языком математики, плохо знавший математику Фарадей утверждал, что на самом деле она «написана перстом Господа».
Продуктивный медовый месяц
Собственно научная карьера Фарадея началась после того, как известный химик и физик Гэмфрид Дэви взял его из переплетной мастерской на должность личного помощника в Королевском институте — ключевом научном учреждении империи. Дэви благоволит молодому самоучке и предлагает ему сопровождать его в длительном путешествии по европейским научным центрам в качестве камердинера. Возможно, иной амбициозный юноша счел бы такое предложение унизительным, но для члена сандеманианской секты, проповедовавшей скромность, граничащую с самоуничижением, оно показалось вполне адекватным, и полтора года Фарадей имел возможность лично общаться с научными звездами Европы.
Как мог подмастерье переплетчика, делавший скромную карьеру лаборанта создать одну из самых продуктивных концепций современной физики — концепцию поля? Этим же вопросом безуспешно задавались Максвелл и Эйнштейн
Он знакомится с Ампером, уже предложившем свою гипотезу кольцевых токов, но из-за незнания математики не оценивает ее; общается с Вольтой и изучает принцип работы вольтова столба. По возвращении в Англию и повышения по службе (он начинает отвечать за работу лабораторного оборудования всего Королевского института) Фарадей приступает к собственным исследованиям, правда, начинает он с химии, и полученных здесь результатов уже хватило бы на звание выдающегося ученого. Ему удается открыть нержавеющую сталь (но металлургов открытие не заинтересовывает — третья технологическая революция еще впереди), выделить из китового масла вещество, которое мы сегодня называем бензолом, сделать пионерские работы по сжижению различных газов, заложив основы криогенной техники.
Фарадей с женой Сарой, которой всегда было чем заняться по хозяйству
Толчком к началу занятий над главной темой — электромагнетизмом — послужили, как ни странно, личные обстоятельства. Фарадей влюбляется в Сару Барнард, дочь уважаемого члена секты, сандеманианского пастора. Он делает ей предложение, но сразу оговаривает, что брак должен будет стать не более чем незаметным фоном для его научной работы. Сара, будучи истинной сандеманианкой, проглатывает обиду и дает согласие, но после свадьбы, когда счастливый Фарадей спрашивает, как она хотела бы провести медовый месяц, молодая жена невозмутимо отвечает, что была бы счастлива, если бы муж подготовил к его окончанию обзор последних исследований по какой-нибудь научной теме, а ей есть чем заняться по хозяйству. Обескураженный Фарадей решает подготовить обзор последних открытий в области электричества и магнетизма, и это оказывается поистине судьбоносным для науки решением.
Больше всего Фарадея заинтересовали описания опытов датчанина Ганса Эрстеда, показавшего, что стрелка компаса отклоняется, если рядом с ней помещен проводник с протекающим по нему током. Размышляя над этим, Фарадей сконструировал первый в истории простенький электродвигатель: намагниченный стержень, помещенный в колбу с ртутью, вращался вокруг проводника, по которому пропускался ток, — электричество делало механическую работу! Далее Фарадей задумался о следующем: если в опыте Эрстеда электрический ток производит магнитное действие, то не должна ли природа продемонстрировать симметрию и нельзя ли придумать эксперимент, в котором уже магнит вызывает электрический ток? Эта теоретически ничем не подкрепленная на тот момент идея симметрии между электрическими и магнитными явлениями настолько овладела Фарадеем, что на какое-то время он практически поселился в лаборатории, в которую верная жена приносила ему поесть.
Демонстрация первого электродвигателя Фарадея (1821 год) Слева: намагниченная проволка, погруженная одним концом в ртуть, вращается вокруг проводника с током, расположенного по оси симметрии сосуда Справа: проводник с током, один конец которого погружен во ртуть, вращается вокруг намагниченной проволки, расположенной по оси симметрии сосуда
Quarterly Journal of Science, Literature and the Arts, 1821, volume XII
После серии безуспешных опытов был придуман следующий эксперимент: вокруг железного кольца были обмотаны две изолированные проволоки, причем одна проволока была обмотана вокруг одной половины кольца, а другая — вокруг другой. Через одну проволоку пропускался ток от гальванической батареи, а концы другой были соединены с гальванометром. (Сегодняшний читатель без труда узнает в этой схеме трансформатор.) И вот, когда ток замыкался или прекращался и, следовательно, железное кольцо намагничивалось или размагничивалось, стрелка гальванометра быстро колебалась и затем быстро останавливалась, то есть в нейтральной проволоке под влиянием магнетизма возбуждался «наведенный», или индуктивный, электрический ток. Так Фарадей впервые превратил магнетизм в электричество. Еще в одном эксперименте Фарадей быстро вводил магнит в катушку провода и фиксировал в ней появление электрического тока — круг замкнулся, механическая энергия руки двигала магнит, и в результате получался электрический ток. Открытый им закон, известный сегодня как закон электромагнитной индукции Фарадея, был сформулирован в одной фразе и без единого математического символа: «При увеличении или уменьшении магнитной силы всегда возникает электричество; чем выше скорость увеличения или уменьшения, тем большее количество электричества образуется».
Один из классических экспериментов Фарадея по электромагнитной индукции (1831 год Батарея (справа) вызывает электрический ток в малой катушке (А). Когда мы вдвигаем А в большую катушку (В) или выдвигаем ее из нее, переменное магнитное поле индуцирует в В электрический ток, фиксируемый гальванометром (слева)
Вскоре Фарадей придумал и первый генератор постоянного тока, поместив проводящий вращающийся диск между полюсами магнита (магнитное поле параллельно оси вращения диска). Между центром диска и его краем возникала разность потенциалов. Разместив токосъемники в центре и на краю диска и включив их в цепь, Фарадей получал постоянный ток, который не прекращался, пока было желание или возможность вращать диск. Первый генератор переменного тока (динамо-машина) был сконструирован по описаниям Фарадея несколько позже французским механиком Ипполитом Пикси.
Вошел в анналы ответ Фарадея министру финансов Гладстону, спросившему великого ученого: «Для чего вообще может понадобится это электричество?» Ответ Фарадея был министерски доходчив: «Однажды, сэр, вы обложите его налогом»
Примерно к этому времени относится и вошедший в анналы ответ Фарадея министру финансов Гладстону, спросившему великого ученого: «Для чего вообще может понадобится это электричество?» Ответ Фарадея был министерски доходчив: «Однажды, сэр, вы обложите его налогом». Кстати, первый налог на производство электричества в Англии был введен уже в 1880 году — всего через тринадцать лет после смерти первооткрывателя электромагнитной индукции.
Визит к королеве
Совпадение это или нет, но практически сразу после открытия первого производства динамо-машин в Бирмингеме сандеманианцы присвоили Фарадею статус почетного прихожанина. Родная секта, довольно равнодушно наблюдавшая его научные успехи, возможно, решила отметить начало их реальной службы на пользу человечества. Фарадея, впрочем, уже влекли новые темы.
Совпадение это или нет, но практически сразу после открытия первого производства динамо-машин в Бирмингеме сандеманианцы присвоили Фарадею статус почетного прихожанина
После своих выдающихся работ в области электромагнетизма Фарадей занялся электрохимией, открыл законы электролиза и, что не менее любопытно, вместе со своим другом классическим филологом Уильямом Уэвеллом разработал терминологию для этой области науки. Ион, катод, анод, электрод, электролиз — все это результат их совместного лингвистического творчества. Успел оставить свой след Фарадей и в таких отраслях как диа- и парамагнетизм, химия катализа, ему удалось предсказать влияние электромагнитного поля на световое излучение, конечную скорость распространения электромагнитного поля. Он предвосхитил исследовательскую программу Эйнштейна, считая, что в итоге все фундаментальные взаимодействия природы, включая гравитацию, имеют единую основу.
Фарадей объединил линзы Френеля (А и В) с часовым механизмом (М и Р), в результате мигающий свет, видимый моряками, служил для отличия маяка от звезд или береговых огней
Но занимался Фарадей и совсем прикладными задачами — выступал технологическим экспертом в судах, консультировал правительство по научным вопросам, совершенствовал маяки, разрабатывал защиту днищ кораблей от коррозии, правда, наотрез отказался от участия в разработке химического оружия (токсичных газов) для Крымской войны — не позволили религиозные убеждения. Власть на закате жизни относилась к нему с большим уважением, королева Виктория выделила ему покои во дворце и искала его общества (именно отсутствие на одной из сандеманианских служб по причине визита к королеве стоило Фарадею звания старейшины общины — сандеманианцы не сочли это уважительной причиной). Но Фарадей считал, что власть пока не до конца оценила роль и значение ученых и изобретателей в современной истории и был уверен, что, если она не позволит исследовательскому классу участвовать в принятии важных решений, она может поплатиться за это в ближайшую эпоху. Комиссия Британского общества естествоиспытателей обратилась однажды к Фарадею с запросом, какие, по его мнению, средства могло бы употребить правительство для улучшения в Англии положения представителей науки. В ответ Фарадей написал, что, по его мнению, «правительству ради своей выгоды следовало бы ценить людей, служащих стране и приносящих ей честь» и что «во множестве случаев, требующих научных знаний, правительству следовало бы пользоваться учеными; но к сожалению, это не практикуется в таких размерах, в каких могло бы делаться с пользою для всех; очевидно, правительство, еще не научившееся уважать ученых как особый класс людей, не может найти верных путей и средств вступать с ними в сношения и сильно проигрывает от этого».
Alibi sepulti на памятной табличке Фарадея в Вестминстерском аббатстве означает «похоронен в другом месте»
Когда Фарадей умер, королева Виктория намеревалась организовать пышные похороны и погребение великого ученого рядом с Исааком Ньютоном и другими великими деятелями в Вестминстерском аббатстве. Однако он успел по-другому распорядиться своими похоронами, оставив следующую записку: «Скромные похороны, на которых должны присутствовать только мои родственники, самый простой надгробный памятник в самом обычном месте земли». Как истинного сандеманианца Фарадея похоронили на сандеманианском участке кладбища Хайгейт в Лондоне, а рядом с могилой Исаака Ньютона в Вестминстерском аббатстве повесили скромную табличку.
«Я превращал магнетизм в электричество». Майкл Фарадей. (Явление электромагнитной индукции)
Тип урока: объяснение нового материала.
Цели: познакомить с явлением электромагнитной индукции; ввести понятие «индукционный ток»; уметь анализировать экспериментальные данные и результаты наблюдений.
Задачи:
- Образовательная. Актуализация знаний о магнитных явлениях и продолжение их изучения.
- Развивающая. Развитие творческих способностей учащихся, формирование умений находить ответы на вопросы, делать самостоятельные выводы и анализировать факты в ходе обсуждения демонстрационных опытов.
- Воспитательная. Воспитание культуры речи учащихся, умение к самостоятельному исследованию, к совместной и коллективной работе в группе, рациональном разделении труда, к уважению чужой точки зрения.
Оборудование: интерактивная доска; катушка (2 шт.), демонстрационный гальванометр, ключ, соединительные провода, источник тока.
Структура урока
Этапы урока
Средства и методы обучения
Необходимое время
Орг. момент. Проверка отсутствующих. Объявление целей и задач урока
2. Проверка домашнего задания
Тестирование с использованием системы голосования «Вердикт»
3. Объяснение нового материала
Слайд шоу «Майкл Фарадей». Демонстрационные опыты.
Кроссворд «Магнитные явления»
Выставление оценок. Домашнее задание.
Ход урока
1. Введение.
Здравствуйте, ребята. Сегодня мы продолжим разговор о магнитном поле. И сегодня на роке мы познакомимся с очень интересным явлением, связанным с магнитным полем и с гениальным ученым, автором этого явления Майклом Фарадеем. Но прежде, чем приступить к новой теме, я бы хотела проверить, что вы усвоили на прошлом уроке.
2. Проверка домашнего задания.
2. Магнитное поле создается…
А) неподвижными заряженными частицами.
Б) движущимися заряженными частицами.
В) неподвижными ионами.
2. Линии магнитного поля в пространстве вне постоянного магнита…
А) начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на южном.
Б) начинаются на южном полюсе магнита, заканчиваются на северном.
В) начинаются на северном полюсе магнита, заканчиваются на бесконечности.
3. Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа, ток направлен от нас. Выберите рисунок, изображающий магнитное поле такого проводника с током.
4. В однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции поместили прямолинейный проводник, по которому течет ток 0,6А. Сила со стороны магнитного поля 2А действует на каждые 20см длины провода. Индукция поля равна:
5. Разноименные магнитные полюсы…, а одноименные -.
А) . притягиваются, …отталкиваются.
Б) . отталкиваются, …притягиваются.
II группа (программа голосования Вердикт)
1. Магнитное поле создается…
1) неподвижными заряженными частицами;
2) движущимися заряженными частицами;
3) собственными частицами.
2. Какое явление наблюдают в опыте Эрстеда?
1) поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током;
2) взаимодействие двух заряженных стрелок;
3) взаимодействие двух проводников с током.
3. Линии однородного магнитного поля…
1) искривлены, их густота меняется от точки к точке;
2) параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой;
3) расположены хаотично.
4. С помощью правила буравчика можно определить…
1) направление линий магнитного поля;
2) направление силы магнитного поля;
3) направление положительно заряженной частицы.
5. Определить индукцию магнитного поля проводника, по которому протекает ток 4 А, если поле действует с силой 0,4 Н на каждые 10 см проводника.
3. Объяснение нового материала.
Сегодня мы продолжим разговор о магнитное поле. Для начала, давайте вспомним, что нам известно о магнитном поле.
- Что называется магнитным полем? Каковы его основные свойства?
Ученик: Магнитное поле это особый вид материи. Магнитное поле порождается только движущимися зарядами, в частности электрическим током. Магнитное поле действует на тела, следовательно обладает энергией. Магнитное поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку.
- Как изображается магнитное поле?
Ученик: Для наглядного представления магнитного поля используют магнитные линии. Это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.
- Что представляют собой линии магнитного поля прямого проводника с током?
Ученик: Магнитные линии прямого проводника с током представляют собой концентрические окружности , лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.
- Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?
Ученик: Магнитное поле порождается движущимися заряженными частицами. Электрический ток- это упорядоченное движение заряженных частиц. Следовательно, электрический ток порождает магнитное поле (вокруг проводника стоком существует магнитно поле).
- Чем объяснить, что магнитная стрелка компаса устанавливается в данном месте Земли в определенном направлении?
Ученик: Вокруг Земли существует магнитное поле и магнитная стрелка компаса устанавливается вдоль его магнитных линий.
- Приведите опыт, доказывающий связь между направлением тока в проводнике и направлением линий магнитного поля.
Ученик: При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180°.
- Что можно определить, используя правило буравчика?
Ученик: С помощью правила буравчика по направлению тока можно определить направление линий магнитного поля, создаваемого этим током. А по направлению линий магнитного поля- направление тока, создающего это поле.
- От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
Ученик: Направление силы, действующей на проводник с током зависит от направления тока и направления линий магнитного поля.
- Как называется величина, служащая количественной характеристикой магнитного поля?
Ученик: Эта величина получила название магнитной индукции. Магнитная индукция- векторная величина. Направление магнитной индукции выбрано перпендикулярно направлению тока и направлению силы, с которой поле действует на ток.
Итак, вокруг электрического тока существует магнитное поле. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. Если электрический ток порождает магнитное поле, то не может ли магнитное поле, порождать электрический ток в проводнике. Впервые такую задачу решил английский ученый Майкл Фарадей. Давайте познакомимся с этим гениальным ученым немного поближе.
1 слайд — Майкл Фарадей родился в Лондоне в семье кузнеца. Мальчик смог получить лишь начальное образование.
2 слайд — С двенадцати лет он работал, сначала разносчиком газет, затем подмастерьем в переплетной мастерской. Однако недостаток знаний Фарадей компенсирует самообразованием. В 1813 один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные билеты на лекции великого химика Гемфри Дэви в Королевском институте. Эти лекции сыграли большую роль в решении Фарадея посвятить себя науке.
3 слайд — Все основные работы по электричеству и магнетизму Фарадей представлял Королевскому обществу в виде серий докладов на протяжении 24 лет под названием Экспериментальные исследования по электричеству. Однажды, когда он не явился на заседание королевского общества, его спросили, по какой причине он не пришел. Он ответил: «Я занимался более важным делом- я превращал магнетизм в электричество.»
После открытия в 1820 Х. Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество».
Давайте рассмотрим упрощенный вариант опытов Фарадея:
- Подключим к чувствительному гальванометру катушку с большим числом витков. Перемещая вдоль катушки постоянный магнит, мы увидим, что, пока магнит движется, стрелка гальванометра отклоняется. То есть в катушке возникает электрический ток. Как только магнит останавливается, этот ток исчезает . При движении магнита в обратном направлении электрический ток в катушке возникает вновь, но направление тока теперь будет так же противоположно первому. Ток, который возникает в катушке, когда относительно нее движется постоянный магнит, назвали индукционным. (Слово «индукционный» образовано от латинского слова inductio — наведение.) Этот ток в катушке индуцируется, т. е. наводится движущимся магнитом. Можно двигать не магнит, а катушку относительно магнита; и здесь мы вновь обнаружим индукционный ток.
- Подключим одну катушку к источнику тока и вставим во вторую, подключенную к гальванометру. При движении катушки, по которой идет ток внутри второй, также возникает индукционный ток, существование которого демонстрирует нам гальванометр.
- При замыкании и размыкании цепи первой катушки происходит изменение силы тока, а следовательно изменение магнитного поля вокруг нее, и мы также наблюдаем наличие индукционного тока во второй катушке.
Из опытов видно, что само существование магнитного поля недостаточно. И тогда Фарадея посетило великое прозрение: электрическое поле возбуждается лишь при изменении магнитного поля. Сегодня эффект возникновения электрического поля при изменении магнитного физики называют электромагнитной индукцией.
Явление электромагнитной индукции: при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.
4 слайд — В 1824 Фарадей был избран членом Королевского общества, а через год стал директором лаборатории в Королевском институте. Величайшей заслугой Фарадея стало то, что он высказал идею об электрическом и магнитном поле.
5 слайд — Он не мог математически развить эти идеи, и в его монументальной работе «Экспериментальные исследования электричества» нет ни одного уравнения! Однако именно идеи Фарадея легли в основу уравнений Максвелла. Позднее Эйнштейн говорил, что в развитии электромагнетизма Фарадей по отношению к Максвеллу – то же самое, что в развитии механики Галилей по отношению к Ньютону.
6 слайд — Однажды после лекции Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошел богатый коммерсант, оказывавший обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:
— Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта магнитная индукция!?
— А для чего годится только что родившийся ребёнок? — ответил рассердившийся Фарадей. На вопрос коммерсанта в последующие годы ответили многие учёные и изобретатели, и прежде всего, Вернер фон Сименс (1816-1892), изобретший в 1866г. динамо-машину, положившую основу для промышленного производства электроэнергии.
7слайд — На счету великого ученого более 10 открытий в области химии и физики.
8 слайд — Никакие почести не уменьшили природную скромность Фарадея. Он отказался от дворянского звания, президентства в Королевском обществе, крупных гонораров и даже от государственной пенсии. Следуя его воле, на его надгробии в Вестминстерском аббатстве выбито лишь два слова — Майкл Фарадей.
Имя Майкла Фарадея и его открытия заняли достойное место среди гениальных ученых человечества. Его имя вошло в историю физики и в честь этого гениального ученного была названа единица измерения емкости.
4. Закрепление.
Итак, подведем итоги. Внимание на доску.
Вид интерактивной доски
Кроссворд «Магнитные явления»
1. Наука о природе. (Физика)
Когда с тобою этот друг
Ты можешь без дорог
Шагать на север и на юг
На запад и восток.
(Компас)
3. Прибор, показывающий наличие тока в цепи. (Гальванометр)
4 Тело, способное притягивать к себе железные тела. (Магнит)
5. Физическая величина, характеризующая магнитное поле. (Индукция)
6. Единица измерения магнитной индукции. (Тесла)
7. Ученый, основоположник экспериментальной физики. (Галилей)
5. Итог урока.
Выставление оценок. Дом. задание.
ПРЕВРАТИТЬ МАГНЕТИЗМ В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Однажды, когда Фарадей, погруженный в размышления о религии, плыл на маленькой лодке по озеру в Швейцарии, на него снизошло озарение. Перед ним на фоне водопада появилась радуга. Это было почти мистическое явление, которое развеялось с первым порывом ветра, разогнавшим водяную взвесь. Но затем ветер подул в другую сторону, и радуга появилась вновь. Фарадей долго смотрел, как радуга то появлялась, то исчезала, покорная капризам ветра. Он понял, что на самом деле радуга никуда не исчезала, даже когда ее место оставалось пустым. Получалось, что пустота могла что-то содержать в себе, в том числе и пустота, описанная в уравнениях Ньютона, которые так поддерживали все члены Королевского института. Как мы уже говорили, буквальное прочтение Библии сандеманианцем Фарадеем повлияло на его взгляды. Пустота на самом деле не была пустотой. Вещи связаны невидимой паутиной.
В течение 1830 года и наиболее интенсивно — в 1831-м Фарадей добросовестно пытался найти доказательства для своих догадок. Он был настолько одержим идеей, что находил все больше свидетельств существования невидимой матрицы. Словно сам Бог вел ученого по правильному пути. Вера Фарадея в собственную концепцию пустоты была непоколебима, и он пристально рассматривал мир вокруг себя в поисках следов Создателя.
Возможно, было и другое объяснение, подстегивавшее жажду Фарадея к открытиям. Несмотря на то что он отказывался от званий и наград, многие считали его мыслителем второго сорта, и это мнение стало достоянием общественности. И в самом деле, у Фарадея не было академических исследований, он был профаном в математике и к 39 годам не сделал ни одного существенного открытия, несмотря на покровительство Гемфри Дэви. По этой причине Фарадей с головой погрузился в исследования, оставив преподавательскую деятельность и все раньше приходя в свою холодную лабораторию в подвале Королевского института. Даже две племянницы, иногда заходившие навестить его, знали, что пока дядя работает, они должны тихо играть в куклы.
Джозеф Генри, американский коллега Фарадея
Джозеф Генри родился в 1797 году в Олбани в очень бедной семье. В 13 лет он начал работать учеником часовщика. Знание часовых механизмов помогло ему впоследствии создавать собственные инструменты. Так же как и Фарадей, он был самоучкой.
В 1826 году Генри получил место преподавателя математики и натурфилософии; одновременно он, как и Фарадей, занимался экспериментами по электромагнитной индукции.
В 1832 году Принстонский университет предложил ему место профессора, несмотря на отсутствие у Генри официальных академических званий. Но репутация шла впереди исследователя: уже в 1830 году он создал самый мощный электромагнит той эпохи, с помощью которого можно было поднимать грузы до 1000 кг. До этих пор мало кто мог поверить, что магнетизм способен на такую мощь. Как правило, у электромагнитов есть стержень из мягкого железа, которое намагничивается при пропускании тока через обмотку ядра; при остановке тока магнитное поле исчезает. Электромагнит Генри, который он использовал на занятиях, имел форму подковы с многослойной обмоткой и был достаточно небольших размеров, примерно 12 дюймов в высоту.
Открытие самоиндукции
Хотя Фарадей и Генри ставили свои опыты в одно время, Фарадей первым опубликовал результаты. В любом случае, за Генри признается открытие самоиндукции: он подключал к батарее смотанный в катушку провод, при этом наблюдалась искра; при отключении искра была более сильной. Генри сделал вывод, что провод был заряжен и при отключении реагировал сам на себя. Дело в том, что при прохождении тока по контуру вокруг образуется магнитное поле, но если ток изменяется, измененное магнитное поле дает временное изменение магнитного потока на контур. Генри понял это, потому что при подключении и отключении контура интенсивность тока в короткие интервалы времени резко менялась. Благодаря этому открытию в честь Генри Джозефа коэффициент самоиндукции измеряется в генри. Также ученый помогал Сэмюэлю Морзе и Грэхему Беллу в их разработках телеграфа и телефона соответственно.
Читайте также
Глава 9 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В АТМОСФЕРЕ
Глава 9 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В АТМОСФЕРЕ §1. Градиент электрического потенциала в атмосфере§2. Электрические токи в атмосфере§3. Происхождение токов в атмосфере§4. Грозы§5. Механизм разделения зарядов§6. Молния§ 1. Градиент электрического потенциала в атмосфереВ обычный день над
3. Электричество и электромагнитная теория
3. Электричество и электромагнитная теория Механика и связанные с ней области, а также акустика и оптика возникли очень давно, поскольку они изучают явления, с которыми человек непрерывно сталкивается в своей повседневной жизни. Наука же об электричестве, напротив,
ЭНЕРГИЯ ИЗ СРЕДЫ — ВЕТРЯК И СОЛНЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — ДВИЖУЩАЯ ЭНЕРГИЯ ИЗ ЗЕМНОГО ТЕПЛА — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЗ ЕСТЕСТВЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЭНЕРГИЯ ИЗ СРЕДЫ — ВЕТРЯК И СОЛНЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — ДВИЖУЩАЯ ЭНЕРГИЯ ИЗ ЗЕМНОГО ТЕПЛА — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЗ ЕСТЕСТВЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ Есть множество веществ помимо топлива, которые возможно смогли бы давать энергию. Огромное количество энергии заключено, например, в
НОВЫЙ ВОЛШЕБНЫЙ МИР, КОТОРЫЙ СОЗДАСТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО»
НОВЫЙ ВОЛШЕБНЫЙ МИР, КОТОРЫЙ СОЗДАСТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО» Всякому, кто пожелает получить истинное представление о величии нашей эпохи, следует изучить историю развития электричества. В ней он найдет повествование более волшебное, чем сказка из Тысячи и Одной Ночи. Задолго до
Электричество и магнетизм
Электричество и магнетизм Как уже говорилось, научное исследование электрических и магнитных явлений началось с книги Гильберта, которому принадлежит и термин «электричество», произведенный от греческого названия янтаря. Гильберт кропотливо исследовал множество
6. Что представляет собою электричество?
6. Что представляет собою электричество? Для ответа на вопрос — что же представляет собою электричество? — нужно знать, из чего состоят различные тела природы. Это изучается наукой, которая называется физикой.Учёные-физики установили, что каждое тело, твёрдое, жидкое или
Как превратить энергию в работу
Как превратить энергию в работу Человеку нужны машины, для этого надо уметь создавать движение – двигать поршни, вращать колеса, тянуть вагоны поезда. Движение машин требует работы. Как получить ее?Казалось бы, этот вопрос мы уже обсуждали; работа происходит за счет
«Кошачье» электричество
«Кошачье» электричество Величайший из электротехников, знаменитый американский изобретатель Эдисон, начал проделывать электрические опыты, еще будучи мальчиком. Между прочим, он пытался делать опыты с электричеством, добытым из… чего бы вы думали? Из кошки!Но разве из
Электричество в горах
Электричество в горах Брат снял с полки книгу Фламмариона «Атмосфера», перелистал ее и дал мне прочесть следующее место: «Люди, совершившие подъем, только что приставили к скале свои обитые железом палки, располагаясь пообедать, когда Соссюр ощутил на плечах и в спине
ПРЕВРАТИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В ДВИЖЕНИЕ
ПРЕВРАТИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В ДВИЖЕНИЕ Фарадей заметил в опытах Эрстеда одну маленькую деталь, которая, как казалось, содержала ключ к пониманию проблемы.Он догадался, что магнетизм электрического тока всегда отклоняет стрелку компаса в одну сторону. Например, если
МАГНЕТИЗМ ПЬЕРА
МАГНЕТИЗМ ПЬЕРА Официальные биографы, среди которых сама Мария и ее дочь Ева, говорят, что связь между Пьером и Марией возникла сразу; можно сказать, что это была любовь с первого взгляда. Слова кажутся бедными для того, чтобы описать, что же возникло между ними — нечто