Электромагнитная индукция

В провинциальной деревушке, «Ньюингтонские полигоны», 22 сентября 1791 года родился Фарадей. Отец - кузнец, мать – горничная, образование – самое что ни на есть заурядное - начальные навыки чтения, письма и арифметики, полученные в обычной дневной школе. Тем не менее, Майкл Фарадей решил посвятить себя науке.

Работая рассыльным, а затем подмастерьем переплетчика в книжном магазине он имеет возможность держать в руках тысячи книг, и не только держать, но и читать. Среди этих книг были те, которые его поразили и определили его судьбу, это «Британская энциклопедия», «Беседы о химии», а также «Письма о разных физических и философских материях, писанных к некоторой немецкой принцессе» русского академика Леонарда Эйлера. Первые две были проработаны от корки до корки, ни осталось ни одного из описанных опытов, который он собственноручно не проделал. Последняя же, во многом определила его мироощущение – Эйлер, как и Ломоносов, были сторонниками близкодействия электрических сил, стояли на позициях единства и взаимосвязи всех явлений природы. Позже именно Фарадею предстояло начать утверждение именно этих постулатов.

В 1921 году Фарадей решает осуществить опыт, о котором в его присутствии говорили Дэви и Волластон, речь шла о том, что проволока, через которую пропущен ток, как будто должна под действием магнита вращаться вокруг своей оси. В самом указании на возможность электромагнитного вращения нового ничего не было – о нем говорил еще Ампер. Но идея эксперимента была новой.

Посреди серебряной чашечки, заполненной ртутью, на торце, стоял брусковый магнит. В ртути плавала пробка, проткнутая медной проволокой, проволока укреплялась над магнитом и могла свободно перемещаться вокруг него. Один полюс вольтова столба подсоединялся к верхнему концу проволоки, другой, к серебряной чашечке, цепь замыкалась, и по проволоке мог протекать ток. История сохранила память об этом вечере, впервые человек увидел движение, движение равномерное, постоянное, непрерывное; движение, созданное неощутимым взаимодействием великих сил – электричества и магнетизма. В чашечке с ртутью вращалась легчайшая проволочка – первый электродвигатель, прообраз будущих исполинов, начало новой эры.

В своем дневнике в 1823г. Фарадей делает запись «Обратить магнетизм в электричество». В течение восьми лет идет работа над этой задачей, и в 1931 происходит открытие электромагнитной индукции.

Идея обратить магнетизм в электричество владела не только Фарадеем, но самим Ампером. Схожими были не только идеи, но и экспериментальные установки, оба пытались получить электричество, помещая магнитный сердечник в проволочную катушку, разница казалось, была незначительной – у Фарадея был помощник, а у Ампера – нет.

Дело в том, чтобы избежать нежелательных помех, и Ампер и Фарадей размещали катушку с сердечником в одной комнате, а гальванометр, регистрирующий ток, в другой. Ампер сначала вдвигал сердечник, а потом следовал в соседнюю комнату посмотреть, не появился ли ток, и обнаруживал полное его отсутствие.

Когда же в катушку вдвигал сердечник Фарадей, его ассистент, находясь в другой комнате, заметил отклонение стрелки, после того как сердечник переставал перемещаться, ток прекращался. В этом то и была вся соль, ток возникал только при относительном перемещении сердечника и катушки.

В попытках объяснить это явление, Фарадей высказывает положение об особом состоянии материи вокруг магнита, или проводника с током - «электротоническом», т.е. электровозбужденном. Это состояние можно обнаружить в проводнике только при его изменении (движении, вращении, расширении), по возникновению в нем электрических индукционных токов. Индукционные токи также можно изменять, если проводник приближать или удалять от магнита, при этом электротоническое состояние либо усиливается, либо ослабляется.

Наряду с понятием магнитных силовых линий (являющимися для него тогда, только наглядным представлением, вычерчиваемым железными опилками) он использует представление электрических силовых линий «линий индуктивной силы» - в современном представлении – линии электрического смещения. Он широко использует их при рассмотрении электрического поля, говорит об их густоте, о том, что они стремятся отталкиваться и т.д., правда оговаривается тем, что не придает им какого-либо физического смысла, рассматривая их как воображаемые.

Позже, излагая свои взгляды на природу материи, он пишет о реальности силовых линий, “Материя состоит из ядер или центров, связанных между собой силовыми линиями (линии тяготения, линии индукции (электрические силовые линии), магнитные, и возможно, другие”).

С помощью силовых магнитных линий он описывает магнитное поле: направление этих линий определяет направление магнитных сил, действующих в магнитном поле, их густота – величину этих сил и т.д. Индукционный ток, считает он, возникает в том случае, когда проводник пересекает магнитные силовые линии, при этом величина этого тока определяется числом пересекаемых магнитных силовых линий за единицу времени.

В 1845г. Фарадей открывает явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея) и вскоре диамагнетизм. Эти открытия для Фарадея не были неожиданными т.к. он давно искал подтверждение идеи взаимопревращаемости сил и единой природе электрических, магнитных и световых явлений. Еще в 1832г. Фарадей пишет письмо, которое отдается на хранение в архив Королевского общества. В нем он указывает гипотезу об электромагнитной теории света. Он указывает на то, что к распространению магнитных воздействий (а также электрической индукции) возможно, применить теорию распространения колебаний, это также может быть наиболее вероятным объяснением световых явлений. Это письмо было найдено спустя сто лет в 1932г.

Экспериментальные открытия Фарадея были, конечно, хорошо известны, и он еще при жизни приобрел огромный авторитет и славу, однако к его теоретическим взглядам современники, в лучшем случае, оставались безразличны. Первым обратил на них серьезное внимание Максвелл, он воспринял эти представления и построил теорию электромагнитного поля.