Geum.ru

Майкл Фарадей

Вид материалаЗакон
Подобный материал:


Майкл Фарадей


Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 г. в Ньюингтоне, недалеко от Лондона, в семье кузнеца. Бедность родителей не позволила ему получить законченное начальное образование, и в возрасте 13 лет его послали для обучения к переплетчику — владельцу книжной лавки. Вначале он только разносил по домам газеты, а затем стал учиться мастерству переплетчика.



Работая с книгами, он много читал, особенно его заинтересовали книги по физике и химии. По вечерам он начал посещать различные лекции на научно-популярные темы, а один из заказчиков помог ему попасть на лекции химика сэра Хемфри Дэви в Королевском институте.

В 1812 г. его учеба закончилась, и молодой Фарадей решил посвятить себя науке. Ему удалось получить место в Королевском институте у самого Дэви, где он начал свой трудовой путь в качестве лаборанта, моющего лабораторную посуду. Однако одновременно с работой он старательно учился, приобретал опыт, и его научный кругозор постепенно расширялся.

После возвращения в 1815 г. из путешествия по Европе, в котором он сопровождал Дэви, Фарадей начал ассистировать ему при проведении химических опытов и решать самостоятельно кое-какие небольшие задачи. Скоро появились и первые ценные результаты — он получил два новых соединения хлора с водородом. Его также интересовали проблемы акустики, по которым он готовил опыты для лекций в Королевском институте и ассистировал в них.

А затем последовало десятилетие упорной и разносторонней научной деятельности, в течение которого он вместе с Дэви провел опыты по сжижению газов, изучению сплавов стали и тщательно разработал технологию производства новых оптических стекол.

В 1824 г. Фарадей был избран членом Королевского общества в Лондоне, а годом позже он открыл бензол, весьма важный углеводород. В этом же году он стал директором лаборатории Королевского института, вскоре профессором химии, а после смерти Дэви занял его пост.

1831 год был годом очень важного открытия — Фарадей обнаружил ссылка скрыта, и это была вершина его десятилетнего исследования. Открытие электромагнитной индукции стало основой для дальнейшего развития электротехники, это открытие Фарадей опубликовал как первый из 30 выпусков серии «Экспериментальные исследования по электричеству», в 3000 параграфах которой содержится большинство его научных трудов. Одновременно Фарадей занимался изучением химических действий электрического тока.

В 1833 г. он открыл два закона о химическом действии тока, которые впоследствии были названы его именем. Опыты и наблюдения чередовались с новыми открытиями. Фарадей первым правильно объяснил возникновение электродвижущего напряжения в гальваническом элементе, доказал существование самоиндукции и ввел в физику понятие поля, с помощью которого объяснял электрические и магнитные явления. Он также изучал влияние различных материалов на электрические силовые эффекты, а материалы, способные переносить индукционные эффекты, назвал диэлектриками.

После периода колоссальных успехов, но и тяжелейшего труда появились усталость и признаки ухудшения здоровья. Лишь после длительного лечения в Альпах он поправился настолько, что в 1845 г, смог снова вернуться к исследовательской работе. В этом же году он открыл явление диамагнетизма.

В последние годы своей научной деятельности Фарадей занимался изучением направления магнитных силовых линий вокруг токов и магнитов и других явлений, связанных с взаимодействием электрических и магнитных сил. Фарадей никогда не забывал начала своего трудового пути и охотно устраивал научно-популярные лекции, всегда помня о молодежи, которой он посвятил свою любимую книгу «Химическая история свечи».

В 1858 г. Фарадей покинул Королевский институт и поселился в Хэмптон Корт вблизи от Лондона в доме, подаренном ему английской королевой. В последние годы большие неприятности ему начала доставлять постепенная потеря памяти. Он прожил свою жизнь в счастливом, хотя и бездетном супружестве. Умер Фарадей 24 августа 1867 г., в Хэмптон Корт.





После того как в начале XIX века было установлено, что электрические токи порождают магнитные поля, ученые заподозрили, что должна наблюдаться и обратная закономерность: магнитные поля должны каким-то образом производить электрические эффекты. В 1822 году в своей записной книжке Майкл Фарадей записал, что должен найти способ «превратить магнетизм в электричество». На решение этой задачи у него ушло почти десять лет.

Не раз за эти годы он возвращался к этой проблеме, пока не придумал серию экспериментов, кажущихся крайне незамысловатым по современным меркам. На железную катушку в форме бублика, например, он с одной стороны намотал плотные витки длинного, заизолированного от железного сердечника проводника, подключаемые к сильной электрической батарее, а с другой — плотные витки электрического проводника, подключенного к гальванометру — прибору для обнаружения электрического тока. Железный сердечник был нужен для «поимки» силовых линий образующегося магнитного поля и передачи их внутрь контура второй обмотки.

Первые результаты пришли не сразу. Сначала, сколько Фарадей ни наблюдал за своей установкой, при протекании электрического тока по первичной обмотке тока во вторичной обмотке не возбуждалось. Могло показаться, что предположения Фарадея относительно «преобразования» электричества в магнетизм и обратно ошибочны. И тут на помощь пришел случай: обнаружилось, к полному удивлению Фарадея, что стрелка гальванометра в цепи вторичной обмотки скачкообразно отклоняется от нулевого положения лишь при подключении или отключении батареи. И тогда Фарадея посетило великое прозрение: электрическое поле возбуждается лишь при изменении магнитного поля. Самого по себе присутствия магнитного поля недостаточно. Сегодня эффект возникновения электрического поля при изменении магнитного физики называют электромагнитной индукцией.

Повторяя свои опыты и анализируя результаты, Фарадей вскоре пришел к выводу, что протекающий по контуру электрический заряд пропорционален изменению т. н. магнитного потока, проходящего через него. Представьте себе, что замкнутый электропроводящий контур положен на лист бумаги, через который проходят силовые линии магнитного поля. Магнитным потоком называется произведение площади контура на напряженность (условно говоря, число силовых линий) магнитного поля, проходящего через эту площадь перпендикулярно ей. В первоначальной формулировке закон электромагнитной индукции Фарадея гласил, что при изменении магнитного потока, проходящего через контур, по проводящему контуру протекает электрический заряд, пропорциональный изменению магнитного потока, который возбуждается без всякого внешнего источника питания типа электрической батареи. Не будучи до конца удовлетворенным формулировкой, в которой фигурировала столь трудноизмеримая величина, как электрический заряд, Фарадей вскоре объединил свой закон с ссылка скрыта и получил формулу (иногда ее принято называть вторым законом электромагнитной индукции Фарадея) для определения электродвижущей силы, возникающей в результате изменения магнитного потока через контур.

Изменить магнитный поток через контур можно тремя способами:
  • изменить площадь контура;
  • изменить интенсивность магнитного поля;
  • изменить взаимную ориентацию магнитного поля и плоскости, в которой лежит контур.

Последний метод работает, поскольку при таком движении изменяется проекция магнитного поля на перпендикуляр к площади контура, хотя ни напряженность магнитного поля, ни площадь контура не меняются. Это очень важно с практической точки зрения, поскольку именно это явление лежит в основе действия любого электрогенератора. В самом простом варианте генератора проволочный контур вращается между полюсами сильного магнита. Поскольку в процессе вращения магнитный поток, проходящий через контур, постоянно меняется, по нему всё время протекает электрический ток. Согласно ссылка скрыта, на протяжении одного полуоборота контура ток будет течь в одну сторону, а на протяжении следующего полуоборота — в другую. Собственно, по этому принципу и вырабатывается так хорошо нам знакомый переменный ток, который поступает в дома жителей всего мира по сетям энергоснабжения. И не важно, что частота его в Америке равна 60 герц, а в Европе — 50 герц; важен сам принцип его получения. А тот факт, что американские генераторы совершают 60 оборотов в секунду, а европейские — 50 оборотов в секунду, — это уже дань исторической традиции.

Электрогенераторы играли, играют и будут играть важнейшую роль в развитии нашей технологической цивилизации, поскольку позволяют получать энергию в одном месте, а использовать ее в другом. Паровая машина, например, может преобразовывать энергию сгорания угля в полезную работу, но использовать эту энергию можно только там, где установлены угольная топка и паровой котел. Электростанция же может размещаться весьма далеко от потребителей электроэнергии — и, тем не менее, снабжать ею заводы, дома и т. п.

Рассказывают (скорее всего, это всего лишь красивая сказка), будто Фарадей, демонстрировал прототип электрогенератора Джону Пилу (John Peel), Канцлеру казначейства Великобритании, и тот спросил ученого: «Хорошо, мистер Фарадей, всё это очень интересно, а какой от всего этого толк?»

«Какой толк? — якобы удивился Фарадей. — Да вы знаете, сэр, сколько налогов в казну эта штука со временем будет приносить?!»