Досліди Фарадея

Досліди Фарадея зробили неоціненний внесок у формування сучасної науки. Простий хлопчик із бідної родини здійснив справжній прорив у фізиці. Серед його експериментальних відкриттів – закон електромагнітної індукції, явище електролізу, циліндр фарадеїв. Вчений як прагнув ставити нові досліди – він побудував цілком зрозумілу теорію електромагнітних явищ, засновану на експериментальних даних.

Нова професія дала йому можливість подорожувати світом і підтримувати знайомство з великими вченими того часу – Вольта, Гей-Люссаком, Ампером. Саме під впливом великих людей Фарадей розпочинав свою наукову діяльність.

Перші відкриття

Відкриття Фарадея

Досліди щодо вивчення індукційних ефектів почалися близько 200 років тому Джозефом Генрі та Майклом Фарадеєм. Вчені досліджували електричний струм за допомогою двох дротяних спіралей, які були намотані на котушку з дерева. Одна з таких спіралей приєднувалася до гальванометра, який реєстрував слабкі струми. Друга спіраль повідомлялася із гальванічною батареєю. У момент замикання та розмикання ланцюга індикаторна стрілка гальванометра обов'язково відхилялася.

Так досліди Фарадея довели існування залежності між магнітними та електричними полями. Отримана взаємозв'язок зветься «закон електромагнітної індукції». Стисло цього явища можна описати як виникнення електричного струму в замкнутому контурі при змінному з часом магнітному потоці, який цей контур пронизує. Подальші досліди Фарадея присвячувалися вивченню цього явища.

Дослідження ЕМІ

Один із дослідів показав, що взаємодія магніту та котушки зі струмом провокує появуіндукційного струму. Фарадей пояснив це явище так: при внесенні магніту в котушку в ланцюзі виникає електричний струм, при винесенні виникає струм, але іншого напрямку. Напруга, що з'являється, залежить від швидкості руху магніту і від того, яким полюсом він занурюється в котушку.

Другий досвід стосувався виникнення струму в одній котушці за зміни напруги в іншій. Як довів Фарадей, таке явище виникає у момент подачі (припинення) струму у першому елементі.

Провівши численні досліди, Фарадей довів, що в замкнутих ланцюгах напруга виникає лише в тому випадку, коли цей ланцюг потрапляє до змінного магнітного поля. Виток, що виникає при цьому, називається самонавідним або індукційним.

Електрорушійна сила

Сучасна наука стверджує, що в електричному ланцюзі виникає не певний струм, а електрорушійна сила (ЕРС), що провокує його появу. Експерименти показали, що у контурі при зміні магнітного потоку виникає ЕРС. Її формулу можна записати так:

Сенс цього висловлювання у тому, що ЕРС дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, відображеної зі знаком «мінус». Формула Фарадея носить його ім'я і відображає такий закон: ЕРС індукції дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через контур. Знак мінус у цьому вираженні завдячує своєю появою правилу Ленца.

Перший генератор

У 1831 році вчений, щоб наочно продемонструвати процес перетворення механічної енергії на електричну, побудував генератор Фарадея. Цей прилад у відсутності практичного значення, але наочно показував диво виникнення електричного струму.

Диск Фарадея був пристрій, що нагадує примітивний генератор. У цій конструкції магнітне полепрямувало уздовж осі обертання, а контур залишався нерухомий. Здивування спостерігачів викликало ту обставину, що обертання магніту разом із диском призводило до появи електрорушійної сили у нерухомому ланцюзі. Це було названо парадоксом Фарадея. Ця суперечність вирішилася вже після смерті вченого, коли було відкрито електрон, який веде себе і як заряд, і як частка.

Дослідження електоролізу

Досліди Фарадея не обмежувалися вивченням магнітних полів. Більшість сучасних уявлень про електролізі та іонах зобов'язана своєю появою цьому англійському вченому. Велику серію дослідів щодо вивчення поведінки хімічних розчинів в електричному полі Фарадей звів до двох простих законів, якими ми користуємося й нині:

Маса речовини, утворена при електролізі на електродах, прямо пропорційна добутку часу на струм (тобто кількості електрики);
при тому самому кількості електрики маса речовини, утвореного на електродах, пропорційна хімічному еквіваленту даної речовини.

У ході дослідів Фарадей довів, що для отримання 1,008 кг водню необхідно витратити 96,5 млн кулон електрики. Стільки ж електрики потрібно для одержання 35,4 кг хлору, 63,6/2 кг міді, 16/2 кг кисню. Таким чином, міра електрики, необхідна для отримання одного хімічного еквівалента речовини, була названа числом Фарадея.

Величезний внесок, який зробив цей незвичайний і талановитий вчений у фізику, ставить його на один рівень з Ньютоном, Джоулем, Ейнштейном та іншими великими людьми.