Превращение механической работы в энергию и наоборот
Электромагнитная индукция — это явление, на котором держится почти вся современная энергетика. Известно, что механическую работу можно превратить в тепло. Это сделать очень легко, нужно просто потереть ладони друг о друга. Так механическая работа переходит во внутреннюю энергию ладоней. Возможен ли обратный процесс? Можно ли тепловую энергию (внутреннюю) превратить в механическую работу? Можно, и это реализовано, например, в двигателях внутреннего сгорания.
Итак, в природе существует возможность провести процесс в одном направлении — превратить внутреннюю работу в тепловую энергию. Каким образом сделать все наоборот — внутреннюю энергию преобразовать в механическую работу (энергию)? Это открытие сделал Майкл Фарадей.
Индукционный ток
Фарадей задумался, в чем же причина — в самом движении или в том, что когда магнит движется, то меняется магнитная индукция однородного поля внутри катушки. Может быть, дело совсем не в движении, а в изменении магнитного поля? Как это проверить? Нужно сделать так, чтобы поле менялось, а движения никакого не происходило. Для этого можно увеличивать или уменьшать силу тока.
Устройство для изменения силы тока в цепи — это реостат. Подключим его последовательно к электромагниту. Ток от источника пойдет сначала через реостат, второй вывод прибора подключим к катушке, а второй вывод последней — к источнику тока. Теперь можно регулировать силу тока. Вставляем электромагнит — ток течет, стрелка гальванометра реагирует. Так происходит из-за движения магнита или изменения электромагнитного поля? Проверим. Изменим силу тока. Увидим, что когда она меняется, то же происходит и с магнитным полем в катушке. В результате возникает ток во второй катушке. Он называется индукционным.
Контур одновиткового типа и индуктивность катушки
Одновитковые контуры, пронизанные величиной потока магнитной природы, связаны с уровнем тока, что выражается здесь:
Φ = L I
Где L – это индуктивная способность единичного витка.
При наличии количества витков в размере – N, выражение принимает другой вид:
Ψ = L I
В таком виде Ψ = ∑ (N, I = 1) Φi – это общее количество потоков магнитной природы, проходящих сквозь имеющиеся витки. L – становится индуктивностью катушки с большим количеством витков. Ψ – величина потокосцепления.
L – называют коэффициентом пропорциональности или самоиндукции. В случае, когда ток воздействует на все витки с равной силой, получаем Ψ = N Φ. Этому соответствует LN = L1 N2.
Явление в проводниках
Значение индукции в физике позволяет нам, при помощи ряда других знаний о природе тока, определять, что процесс перераспределения зарядов внутри металлов, имеющих высокий показатель проводимости, в условиях воздействия внешнего эл. поля, будет протекать до момента его полной взаимной компенсации. А также это приведет к появлению разно заряженных наведенных зарядов, расположенных на противоположных концах самого проводника.
Рассмотрение такого явления важно при решении задач по физике. Индукция электростатической природы используется для их заряжения
Это можно показать, если заземленный проводник подвергнуть воздействию тела с отрицательным зарядом, путем их сближения. С учетом отсутствия их соприкосновения, некоторая часть «-» зарядов отправится в землю, замещаясь при этом зарядами «+». Теперь, если мы уберем заземление и тело, имеющее заряд, последнее все равно будет заряжено положительно. Такие же действия, но в отсутствии заземления, обусловят индуцированное перераспределение зарядов внутри проводника. Это приведет к тому, что каждая его часть обретет нейтральную форму.
Что такое индукция?
Индукция – это некий способ умозаключения, который происходит от частного к общему. Индуктивное умозаключение связывает события и их результат, используя не одни только законы логики, но и ряд фактических представлений. Наиболее объективное основание существования данного метода – всеобщая связь явлений в природе.
Впервые об этом явлении говорил ещё Сократ и, несмотря на то, что древнее значение слова «индукция» имеет лишь некоторые незначительные схожести с современным, периодом его возникновения считают 400 лет до нашей эры.
Метод индукции предполагает нахождение общего определения понятия с помощью сравнения между собой частных случаев и исключением ложных или же слишком узких по своему значению определений. Другой известный мыслитель античности Аристотель определял наведение как восхождение от честного понимания к общему.
Теория индукции Бэкона
В эпоху Возрождения взгляды на этот метод начали активно изменяться. Его стали рекомендовать в качестве естественного и положительного метода в противовес популярному на то время силлогистическому методу. Френсиса Бекона уже традиционно принято считать родоначальником современной теории индукции, однако здесь не будет лишним упомянуть и о его предшественниках, например, о небезызвестном Леонардо да Винчи. Сущностью взглядов Бэкона на наведение являлось то, что обобщать следует придерживаясь всех правил.
Психическая индукция
Этот термин можно расшифровать как – внушение одним человеком другому своих мировоззренческих позиций, которые включают в себя ценностные ориентиры, стремления, убеждения. При этом навязываемое мировоззрение может быть как вполне нормальным, так и психопатологического характера.
Метод мотивационной индукции – это метод, основанный известным бельгийским психологом Жозефом Нюттеном. Он проходит в несколько этапов.
На первой стадии при помощи завершения незаконченных предложений обозначаются основные рычаги мотивации личности.
На втором этапе человеку необходимо расположить все мотивационные компоненты на временной шкале.
Нюттен также выделил основные категории мотивационных компонентов, к которым отнёс:
– представление личности о себе или же аспект личности субъекта;
– развитие личности;
– деятельность, направленную на получение желаемого результата или иными словами профессиональную деятельность;
– психическую индукцию;
– социальные коммуникации;
– познавательную деятельность;
– религиозные компоненты;
– приобретение собственности;
– способы проведения досуга, игры.
Проблема индукции с философской точки зрения получила развитие в середине XVIII века. Она непосредственно была связана с такими известными личностями как Девид Юм и Томас Гоббс, именно они ставили под сомнение истинность такого метода. Главная их идея заключалась в вопросе, есть ли возможность на основе результатов множества предшествующих событий судить о результатах события, которое будет происходить в будущем. Примером этого может послужить такое утверждение как – все люди добрые, т.к. ранее нам встречались лишь такие. Стоит ли принимать метод индукции как истинный способ размышлений или нет, это личное дело каждого, но учитывая слишком длительный период его существования приходиться признать, что в нём присутствуют зёрна правды.
Вместе со статьёй «Что такое индукция?» читают:
Что такое индукция
Если выключить источник тока или включить его, то гальванометр на короткое время дает какие-то показания. Когда это заметил Фарадей, ему стало понятно, что именно изменения магнитного поля в катушке создают в ней электрический ток.
Явление электромагнитной индукции поля, открытое Фарадеем, состоит в том, что при изменении магнитного поля в замкнутом контуре (в нашем случае это катушка) в нем возникает электрический ток.
Электромагнитную индукцию можно наблюдать и в таком случае. Возьмем большой магнит, приблизим, а затем удалим его от катушки. При этом возникает индукционный ток. Но можно поступить и по-другому. Катушку, не приближая и не удаляя, просто вращать в магнитном поле. Увидим, что возникает индукция, направление которой меняется. При этом изменяется количество линий магнитного поля, пронизывающих катушку.
Тернистый путь Фарадея в науку
Семья Майкла жила в пригороде Лондона и еле сводила концы с концами. Продукты питания были настолько дорогими, что на неделю мальчику выделяли одну буханку хлеба, другой еды не было. Фарадей не стал работать у отца в кузне, не стал помогать маме-горничной. Когда ему исполнилось двенадцать, он устроился в книжный магазин. Сначала он работал посыльным, а потом помощником переплетчика, именно это решило судьбу Фарадея.
Он имел доступ к сотням книг, но наибольший интерес у него вызывали труды по различным разделам естествознания. Так Майкл увлекся науками, он читал Британскую энциклопедию и другие научные издания. Многие опыты, которые были там описаны, мальчик, несмотря на свой скромный достаток, повторял.
Казалось, что простому переплетчику невозможно пробиться в научный мир, но в судьбу вмешался случай. В книжный магазин, где работал Фарадей, часто приходили естествоиспытатели из Британской академии. Они увидели, что Майкл читает Британскую энциклопедию, заметили его заинтересованность, жажду знаний, поэтому предложили ему посетить лекцию мирового светила науки Гемфри Дэви.
Дэви читал курс популярных лекции по физике и химии. Мальчик законспектировал лекции, красиво переплел конспект и передал их ученому с просьбой, чтобы тот взял его к себе на работу.
Дэви отказал юному дарованию, потому что на тот момент не было вакансий, однако Фарадею в очередной раз улыбнулась удача. В лаборатории, где работал Гемфри Дэви, произошел взрыв, и стеклянная посуда, лопнув, повредила зрение физика. Какое-то время ученый не мог читать и писать. К счастью, он вспомнил о мальчике, который интересуется наукой, и пригласил его к себе в помощь. Через некоторое время Дэви окончательно взял Фарадея к себе на работу.
Немного теории
Проводящий контур, по которому протекает ток, образует вокруг себя магнитное поле, за счет деятельности электричества.
С точки зрения квазистатического приближения, рассмотрение подразумевает в себе то, что переменная электрического поля довольно слаба либо изменяется довольно медленно, для того чтобы ей можно было пренебрегать магнитным полем, которое они порождают. Это соответствует условиям закона Био-Савара-Лапласа. Суммирование всех полей, которые порождает любая единица, пропорциональная такому току, показывает нам то, что в физике вектор магнитной индукции, его поле, соответствует данному явлению электричества, такому же току.
Такие данные соответствуют протеканию процесса в вакууме. Если имеется присутствие магнетика, с достаточно мощным показателем магнитной восприимчивости, то вектор индукции станет ярко выражать различие, в сравнении с тем, как он себя вел в отсутствии такой среды.
Обозначающие средства
При измерении показателя индуктивности в пределах системы СИ, для ее обозначения используют «Гн». Один контур вмещает себя величину индукции равную одному генри. Но для этого необходимым условием является изменение тока на один ампер ежесекундно. Данное требование дает контуры на выводе с показателем возникшего напряжения, равного одному вольту.
Системные возможности СГС позволяют нам измерять показатель индуктивности при помощи Гауссовой системы. СГСЭ единицей, определяющей данную величину, служит статгенри. Однако очень часто ей не дают имени.
Обозначение символом L увековечило имя ученого Э. Х. Ленца. По имени Дж. Генри также назвали единицу измерения величины индуктивности. Предложил ввести в терминологию понятие индуктивности О. Хевисайд, а сделал он это в 1886 году.
Индукция магнитной природы
В физике магнитная индукция – это величина, определяемая векторами и являющаяся силовым параметром магнитного поля в конкретно указанной точке. Позволяет обнаруживать силу поля, воздействующего на заряды.
Индукция магнитного поля в физике может определяться в качестве отношения максимального момента силы механического типа, действующего на рамку под напряжением, помещенную в поле однородного характера, к параметру произведения силы тока в пределах рамки, ее площади.
Считается, что именно это явление объясняет и закладывает основу для определения фундаментальной характеристики магнитного поля, которое является аналогичным вектору, указывающему на напряженность эл. поля.
Система СГС измеряет магнитную индукцию при помощи гауссов (Гс), а система СИ использует единицы Тесла (Тл). Один Тл соответствует 104 Гс.
Прибор, измеряющий показатель такого типа индукции, называется тесламетром.
Индукция электромагнетизма
Электромагнитную индукцию физика 11 класса представляет в форме явления, при котором возникает электрополе в условиях замкнутого контура, сквозь который проходит изменяющийся магнитный поток. М. Фарадей в 1831 году обнаружил, что ЭДС, появляющаяся в таком контуре, соблюдает пропорциональность скорости, при которой изменяется магнитный поток. Это показатель движущей электричество силы, независимо от причины, обусловливающей изменение потока – изменения свойств самого поля или контурного движения, его части, в маг. поле. Ток, который вызывает такой ЭДС, называют индукционным.
Г. Х. Эрстедом в 1820 году было доказано, что вследствие воздействия протекающей цепи тока, магнитная стрелка будет отклоняться. Когда эл. ток порождается магнетизмом, то сам магнетизм должен быть связанным с электротоком. Это взаимно обуславливающие процессы.
Данную мысль стал детально изучать английский ученый М. Фарадей. Попытка получить электричество из магнетизма была его главной целью в жизни на тот момент. Его старания насчитывают огромнейшее количество опытов, который он проводил, но без успеха. Однако в 1831 г., 29 августа, его постиг триумф. Было открыто явление электромагнитной индукции в физике. Установка, при помощи которой был совершен прорыв, базируется на кольце, изготовленном из железа с относительно высокой мягкостью. Его ширина составляла два см, и в диаметре достигала 15. Он намотал на колечко большое количество витков проволоки из меди, на обеих половинах кольца. Цепочка первой обмотки производила замыкание проволоки. В витках располагалась стрела, для обнаружения электромагнитной индукции. Вторая половина обмотки пропускала ток в гальванические элементы от батареи. Включение электрического напряжения вызывало колебания на магнитной стрелке, которые вскоре утихали; прерывание подачи тока вызывало вспыхивание и затухание движений указателя. Было выяснено, что стрелочка отклоняется в одном направлении, когда ток подавали, и в другом, когда его прерывали. М. Фарадей определил, что превращение сил магнетизма в электричество можно совершить при помощи простого магнита.
Почему Фарадею удалось сделать открытие
У Фарадея был помощник по фамилии Андерсон. Сорок лет он ассистировал Фарадею в лаборатории. Они работали вдвоем: Андерсон в одной комнате смотрел за показаниями гальванометра, а Фарадей в другой брал катушку и вставлял в нее магнит. Совершая это действие, Фарадей услышал через открытые двери слова Андерсона о том, что стрелка отклонилась. Когда он вынул магнит, то помощник сообщил, что стрелка отклонилась в другую сторону.
Затем Фарадей поменял полярность магнита и вставил его в катушку другим полюсом. Андерсон сказал, что стрелка гальванометра отклонилась в ту же сторону, что и в последний раз. Позже Фарадей объяснял это явление изменением вектора индукции. При вытаскивании магнита из катушки стрелка отклонилась в ту же сторону, что и в первый раз. Фарадей и Андерсон увидели, что движение магнита в катушке порождает в ней электрический ток.
Неудачные попытки Фарадея превратить магнетизм в электричество
Разберем опыт, который проводил Фарадей, чтобы открыть, что такое индукция. Он взял довольно толстое железное кольцо и намотал на него несколько катушек, которые были изолированы друг от друга. Одну катушку физик подключил к гальванометру, а другую присоединил к источнику тока. Замыкая цепь, Фарадей заметил, что стрелка гальванометра дергалась. Он проверял изоляцию и то, не перетекает ли часть тока в другую катушку. Но оказывалось, что изоляция везде исправна.
Еще удивительнее было то, что даже при размыкании цепи стрелка гальванометра тоже дергалась. В дальнейшем Фарадею удалось разобраться, в чем причина этого явления. Чтобы прийти к этому пониманию, он использовал не только катушки с несколькими обмотками, но и железные стержни, магниты. Ученый размышлял, как можно превратить магнетизм в электричество.
Выводы
Из всего выше прочитанного, можно заключить, что в физике индукция – это многогранное количество явлений, которые могут обнаруживаться в разных областях изучения физики. Данная величина свое выражение находит при помощи ряда векторов. По характеру и природе явления может делиться на магнитную, электростатическую и электромагнитную индукции. Данное свойство тока позволяет рассчитывать множество значений, например, таких, как параметры проводников. Оно выражает ЭДС, лежащее в пределах определенного контура. Изначально явление индукции было гипотезой, которая была возведена в статус теории посредством множества проведенных опытов, подтверждающих и объясняющих суть устройства данного механизма
Также важно знать, что данное явление может носить несколько иной характер, если оно наблюдается в соленоиде. В жизни человека этот механизм является условием, на основе которого строится современная система передачи тока на большие расстояния, а также играет важную роль при создании самой энергии
Понимание индукции и вытекающих из нее следствий, позволяет человеку эксплуатировать ее для достижения личностных производственных целей.
