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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Inducción electromagnética. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. Después de los descubrimientos Oersted и Amperio quedó claro que la electricidad tiene una fuerza magnética. Ahora era necesario confirmar la influencia de los fenómenos magnéticos sobre los eléctricos. Este problema fue brillantemente resuelto por Faraday. Michael Faraday (1791-1867) nació en Londres, una de las zonas más pobres del mismo. Su padre era herrero y su madre era hija de un arrendatario. Cuando Faraday alcanzó la edad escolar, lo enviaron a la escuela primaria. El curso que tomó Faraday aquí fue muy estrecho y se limitó solo a enseñar a leer, escribir y comenzar a contar. A unos pasos de la casa donde vivía la familia Faraday, había una librería, que también era un establecimiento de encuadernación. Aquí es donde llegó Faraday, habiendo completado el curso de la escuela primaria, cuando surgió la pregunta sobre elegir una profesión para él. Michael en ese momento tenía solo 13 años. Ya en su juventud, cuando Faraday recién comenzaba su autoeducación, se esforzaba por basarse únicamente en hechos y verificar los relatos de los demás con sus propias experiencias. Estas aspiraciones lo dominaron toda su vida como los rasgos principales de su actividad científica. Faraday comenzó a hacer experimentos físicos y químicos cuando era niño al conocer por primera vez la física y la química. Una vez Michael asistió a una de las conferencias de Humphry Davy, el gran físico inglés. Faraday tomó nota detallada de la conferencia, la encuadernó y se la envió a Davy. Quedó tan impresionado que le ofreció a Faraday trabajar con él como secretario. Pronto, Davy se fue de viaje a Europa y se llevó a Faraday con él. Durante dos años visitaron las mayores universidades europeas. Al regresar a Londres en 1815, Faraday comenzó a trabajar como asistente en uno de los laboratorios de la Royal Institution de Londres. En ese momento era uno de los mejores laboratorios físicos del mundo Desde 1816 hasta 1818 Faraday publicó una serie de pequeñas notas y pequeñas memorias sobre química. El primer trabajo de Faraday sobre física data de 1818. Basado en las experiencias de sus predecesores y combinando varias de sus propias experiencias, en septiembre de 1821, Michael había impreso la "Historia de éxito del electromagnetismo". Ya en ese momento, inventó un concepto completamente correcto de la esencia del fenómeno de desviación de una aguja magnética bajo la acción de una corriente. Alcanzado este éxito, Faraday abandonó sus estudios en el campo de la electricidad durante diez años, dedicándose al estudio de una serie de materias de diversa índole. En 1823, Faraday hizo uno de los descubrimientos más importantes en el campo de la física: primero logró la licuefacción de un gas y, al mismo tiempo, estableció un método simple pero válido para convertir gases en líquidos. En 1824, Faraday hizo varios descubrimientos en el campo de la física. Entre otras cosas, estableció el hecho de que la luz afecta el color del vidrio, cambiándolo. Al año siguiente, Faraday vuelve a pasar de la física a la química, y el resultado de su trabajo en esta área es el descubrimiento de la gasolina y el ácido naftaleno sulfúrico. En 1831, Faraday publicó un tratado Sobre un tipo especial de ilusión óptica, que sirvió de base para un hermoso y curioso proyectil óptico llamado "cromótropo". En el mismo año, se publicó otro tratado del científico "Sobre placas vibratorias". Muchas de estas obras podrían por sí solas inmortalizar el nombre de su autor. Pero los trabajos científicos más importantes de Faraday son sus investigaciones en el campo del electromagnetismo y la inducción eléctrica. En rigor, la importante rama de la física, que trata los fenómenos del electromagnetismo y la electricidad inductiva, y que en la actualidad tiene tanta importancia para la tecnología, fue creada por Faraday de la nada. Cuando Faraday finalmente se dedicó a la investigación en el campo de la electricidad, se estableció que, en condiciones ordinarias, la presencia de un cuerpo electrificado es suficiente para que su influencia excite la electricidad en cualquier otro cuerpo. Al mismo tiempo, se supo que el hilo por el que pasa la corriente y que también es un cuerpo electrificado no tiene ningún efecto sobre otros hilos colocados cerca. ¿Qué causó esta excepción? Esta es la pregunta que interesó a Faraday y cuya solución lo llevó a los descubrimientos más importantes en el campo de la electricidad de inducción. Como de costumbre, Faraday inició una serie de experimentos que supuestamente aclararían la esencia del asunto. Faraday enrolló dos cables aislados paralelos entre sí en el mismo rodillo de madera. Conectó los extremos de un cable a una batería de diez elementos y los extremos del otro a un galvanómetro sensible. Cuando la corriente pasó por el primer hilo, Faraday dirigió toda su atención al galvanómetro, esperando notar por sus oscilaciones la aparición de una corriente en el segundo hilo. Sin embargo, no hubo nada por el estilo: el galvanómetro permaneció en calma. Faraday decidió aumentar la corriente e introdujo 120 celdas galvánicas en el circuito. El resultado es el mismo. Faraday repitió este experimento decenas de veces, todas con el mismo éxito. Cualquier otro en su lugar habría abandonado el experimento, convencido de que la corriente que pasa por el cable no tiene efecto sobre el cable adyacente. Pero Faraday siempre trató de extraer de sus experimentos y observaciones todo lo que podían dar, y por lo tanto, al no haber recibido un efecto directo en el cable conectado al galvanómetro, comenzó a buscar efectos secundarios. Inmediatamente notó que el galvanómetro, permaneciendo perfectamente inmóvil durante todo el paso de la corriente, entra en oscilación en el mismo cierre del circuito y en su apertura. Resultó que en el momento en que se pasa una corriente al primer cable, y también cuando se detiene esta transmisión, también se excita una corriente en el segundo cable, que en el primer caso tiene la dirección opuesta a la primera corriente y es el lo mismo en el segundo caso y dura sólo un instante. Estas corrientes instantáneas secundarias, provocadas por la influencia de las primarias, fueron denominadas inductivas por Faraday, nombre que se les ha conservado hasta la actualidad. Al ser instantáneas, desapareciendo instantáneamente después de su aparición, las corrientes inductivas no tendrían ningún significado práctico si Faraday no hubiera encontrado la manera, con la ayuda de un ingenioso dispositivo (interruptor), de interrumpir constantemente y conducir nuevamente la corriente primaria proveniente de la batería a través de la batería. primer cable, debido a que en el segundo cable se excita continuamente por más y más corrientes inductivas, por lo que se vuelve constante. Así, se encontró una nueva fuente de energía eléctrica, además de las conocidas previamente (fricción y procesos químicos), la inducción, y un nuevo tipo de esta energía, la electricidad de inducción. Continuando con sus experimentos, Faraday descubrió además que una simple aproximación de un cable retorcido en una curva cerrada a otro, a lo largo del cual fluye una corriente galvánica, es suficiente para excitar una corriente inductiva en la dirección opuesta a la corriente galvánica en un cable neutro, que la retirada de un hilo neutro vuelve a excitar en él una corriente inductiva, la corriente ya va en el mismo sentido que la corriente galvánica que circula por un hilo fijo, y que, finalmente, estas corrientes inductivas se excitan sólo durante la aproximación y retirada de los alambre al conductor de la corriente galvánica, y sin este movimiento, las corrientes no se excitan, no importa cuán cerca estén los alambres entre sí. Así, se descubrió un nuevo fenómeno, similar al fenómeno de inducción descrito anteriormente durante el cierre y terminación de la corriente galvánica. Estos descubrimientos, a su vez, dieron lugar a otros nuevos. Si es posible producir una corriente inductiva cerrando y deteniendo la corriente galvánica, ¿no se obtendría el mismo resultado de la magnetización y desmagnetización del hierro? El trabajo de Oersted y Ampère ya había establecido la relación entre magnetismo y electricidad. Se sabía que el hierro se convertía en imán cuando se enrollaba alrededor de él un alambre aislado y pasaba a través de él una corriente galvánica, y que las propiedades magnéticas de este hierro cesaban tan pronto como cesaba la corriente. Basado en esto, Faraday ideó este tipo de experimento: dos cables aislados se enrollaron alrededor de un anillo de hierro; además, un cable estaba enrollado alrededor de la mitad del anillo y el otro alrededor del otro. La corriente de una batería galvánica se pasó a través de un cable y los extremos del otro se conectaron a un galvanómetro. Y así, cuando la corriente se cerró o se detuvo, y cuando, en consecuencia, el anillo de hierro se magnetizó o desmagnetizó, la aguja del galvanómetro osciló rápidamente y luego se detuvo rápidamente, es decir, todas las mismas corrientes inductivas instantáneas se excitaron en el cable neutro: esto tiempo: ya bajo la influencia del magnetismo. Así, aquí, por primera vez, el magnetismo se convirtió en electricidad. Habiendo recibido estos resultados, Faraday decidió diversificar sus experimentos. En lugar de un anillo de hierro, comenzó a usar una banda de hierro. En lugar de excitar el magnetismo en el hierro con una corriente galvánica, magnetizó el hierro tocándolo con un imán permanente de acero. El resultado fue el mismo: en el alambre enrollado alrededor del hierro, siempre se excitaba una corriente en el momento de magnetización y desmagnetización del hierro. Luego, Faraday introdujo un imán de acero en la espiral del cable: la aproximación y la eliminación de este último provocaron corrientes de inducción en el cable. En una palabra, el magnetismo, en el sentido de excitación de corrientes inductivas, actuaba exactamente de la misma forma que la corriente galvánica. En ese momento, los físicos estaban intensamente ocupados con un fenómeno misterioso, descubierto en 1824 por Arago y no encontró una explicación, a pesar de; que esta explicación fue buscada intensamente por eminentes científicos de la época como el propio Arago, Ampère, Poisson, Babaj y Herschel. El asunto era el siguiente. Una aguja magnética, que cuelga libremente, se detiene rápidamente si se coloca debajo de ella un círculo de metal no magnético; si luego se pone el círculo en movimiento de rotación, la aguja magnética comienza a seguirlo. En un estado de calma, era imposible descubrir la más mínima atracción o repulsión entre el círculo y la flecha, mientras que el mismo círculo, que estaba en movimiento, arrastraba detrás de sí no solo una flecha ligera, sino también un imán pesado. Este fenómeno verdaderamente milagroso les pareció a los científicos de la época un enigma misterioso, algo más allá de lo natural. Faraday, basándose en los datos anteriores, supuso que un círculo de metal no magnético, bajo la influencia de un imán, circula durante la rotación por corrientes inductivas que afectan la aguja magnética y la atraen detrás del imán. En efecto, introduciendo el borde del círculo entre los polos de un gran imán en forma de herradura y conectando el centro y el borde del círculo con un galvanómetro con un alambre, Faraday recibió una corriente eléctrica constante durante la rotación del círculo. A raíz de esto, Faraday se decidió por otro fenómeno que entonces despertaba la curiosidad general. Como saben, si se rocían limaduras de hierro sobre un imán, se agrupan a lo largo de ciertas líneas, llamadas curvas magnéticas. Faraday, llamando la atención sobre este fenómeno, en 1831 dio el nombre de "líneas de fuerza magnética" a las curvas magnéticas, que luego se generalizaron. El estudio de estas "líneas" llevó a Faraday a un nuevo descubrimiento, resultó que para la excitación de corrientes inductivas, no es necesario acercar y retirar la fuente del polo magnético. Para excitar corrientes, basta cruzar las líneas de fuerza magnética de forma conocida. Otros trabajos de Faraday en la dirección mencionada adquirieron, desde el punto de vista moderno, el carácter de algo completamente milagroso. A principios de 1832, hizo una demostración de un aparato en el que se excitaban corrientes inductivas sin la ayuda de un imán o corriente galvánica. El dispositivo consistía en una tira de hierro colocada en una bobina de alambre. Este dispositivo, en condiciones ordinarias, no dio la menor señal de aparición de corrientes en él; pero tan pronto como se le dio una dirección correspondiente a la dirección de la aguja magnética, se excitó una corriente en el alambre. Luego, Faraday dio la posición de la aguja magnética a una bobina y luego introdujo una tira de hierro en ella: la corriente se excitó nuevamente. El motivo que provocaba la corriente en estos casos era el magnetismo terrestre, que provocaba corrientes inductivas como un imán ordinario o corriente galvánica. Para mostrar y probar esto más claramente, Faraday emprendió otro experimento que confirmó completamente sus ideas. Él razonó que si un círculo de metal no magnético, por ejemplo, cobre, girando en una posición en la que se cruza con las líneas de fuerza magnética de un imán vecino, da una corriente inductiva, entonces el mismo círculo, girando en ausencia de un imán, pero en una posición en la que el círculo cruzará las líneas del magnetismo terrestre, también debe dar una corriente inductiva. Y de hecho, un círculo de cobre, girado en un plano horizontal, dio una corriente inductiva, que produjo una desviación notable de la aguja del galvanómetro. Una serie de estudios en el campo de la inducción eléctrica de Faraday terminaron con el descubrimiento, realizado en 1835, del "efecto inductivo de la corriente sobre sí misma". Descubrió que cuando se cierra o abre una corriente galvánica, se excitan corrientes inductivas instantáneas en el propio cable, que sirve como conductor para esta corriente. físico ruso Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) dio una regla para determinar la dirección de una corriente inducida. "La corriente de inducción siempre se dirige de tal manera que el campo magnético que crea impide o ralentiza el movimiento que provoca la inducción", señala A.A. Korobko-Stefanov en su artículo sobre la inducción electromagnética. "Por ejemplo, cuando una bobina se acerca a un imán , la corriente inductiva resultante tiene una dirección tal que el campo magnético creado por ella será opuesto al campo magnético del imán. Como resultado, surgen fuerzas repulsivas entre la bobina y el imán. La regla de Lenz se deriva de la ley de conservación y transformación de la energía. Si las corrientes de inducción aceleraran el movimiento que las causó, entonces se crearía trabajo de la nada. La bobina misma, después de un pequeño empujón, se precipitaría hacia el imán y, al mismo tiempo, la corriente de inducción liberaría calor en él. En realidad, la corriente de inducción se crea debido al trabajo de acercar el imán y la bobina. ¿Por qué hay una corriente inducida? Un físico inglés dio una explicación profunda del fenómeno de la inducción electromagnética. James secretario Maxwell - el creador de la teoría matemática completa del campo electromagnético. Para comprender mejor la esencia del asunto, considere un experimento muy simple. Deje que la bobina consista en una vuelta de alambre y sea atravesada por un campo magnético alterno perpendicular al plano de la vuelta. En la bobina, por supuesto, hay una corriente de inducción. Maxwell interpretó este experimento con un coraje excepcional e inesperado. Cuando el campo magnético cambia en el espacio, según Maxwell, surge un proceso para el cual la presencia de una bobina de alambre no tiene importancia. Lo principal aquí es la aparición de líneas de anillo cerrado del campo eléctrico, que cubren el campo magnético cambiante. Bajo la acción del campo eléctrico emergente, los electrones comienzan a moverse y surge una corriente eléctrica en la bobina. Una bobina es solo un dispositivo que le permite detectar un campo eléctrico. La esencia del fenómeno de la inducción electromagnética es que un campo magnético alterno siempre genera un campo eléctrico con líneas de fuerza cerradas en el espacio circundante. Tal campo se llama campo de vórtice. La investigación en el campo de la inducción producida por el magnetismo terrestre le dio a Faraday la oportunidad de expresar la idea de un telégrafo ya en 1832, que luego constituyó la base de esta invención. En general, el descubrimiento de la inducción electromagnética no se atribuye sin razón a los descubrimientos más destacados del siglo XIX: el trabajo de millones de motores eléctricos y generadores de corriente eléctrica en todo el mundo se basa en este fenómeno ... Autor: Samin D.K.
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