Схема опыта фарадея и вывод. Опыты Фарадея. Индукционный ток. Правило Ленца
Рис. 2.1. Схемы основных опытов Фарадея, приведших к открытию явления электромагнитной индукции
III. Следующий опыт проводился так: медная проволока была натянута зигзагом на деревянной доске 9 (рис. 2.1, в); другая медная проволока была натянута такими же зигзагами на второй доске 10; проволока 1 соединялась с источником тока, а проволока 2 – с гальванометром. Питание проволоки 1 током производилось непрерывно, и доски перемещались одна относительно другой. Во время сближения обеих досок с проволоками стрелка гальванометра отклонялась в определенную сторону; при удалении досок друг от друга стрелка отклонялась в другую сторону. Если заставить обе проволоки сближаться, а затем удаляться в такт с колебаниями стрелки, то эти колебания становятся весьма значительными, но по прекращении сближения или удаления досок стрелка быстро возвращается в свое начальное положение. При этом было обнаружено, что при сближении досок наведенный ток имел направление, обратное направлению индуктирующего тока, а при удалении – одинаковое с ним направление.
Подобный эксперимент в более крупной версии, который также копируется собственным экспериментом Фарадея, является попыткой так называемой смерти клетки. Речь идет о размещении добровольца в большой проволочной клетке и обеспечении высокой емкости клетки. Опять же, мы можем наблюдать то же самое явление, что и попытки с алюминиевыми полосками, висящими на клетке. Путем увеличения на заземленном проводнике искры сверкают, сопровождаясь не менее растрескиванием.
Интересным экспериментом, тесно связанным с практикой, является экранирование электромагнитного поля с помощью клетки Фарадея. Это уже не «простая» электростатика, но мы имеем дело с электромагнитным полем. В жизни мы можем видеть несколько более или менее совершенных клеток Фарадея - их примеры можно найти, например, в популярной статье. Автор в основном занимается защитой сигнала мобильного телефона и дает примеры, где сигнал может быть ослаблен.
Эти опыты наглядно подтверждали существование индукции электрических токов, но не заключали возможности получить электрический ток с помощью постоянного магнита, т. е., как говорил Фарадей, превратить магнетизм в электричество. Еще при своих опытах над индукцией электрических токов Фарадей обнаружил, что при замене деревянного барабана железным кольцом (рис. 2.1, г), на которое наматываются две проволоки, эффект отклонения стрелки гальванометра во много раз усиливается.
В древнегреческой мифологии богини, называемые Моджрами, отвечали за вязание нитей жизни. Мне также был предоставлен доступ к этому уровню духовного мира, где эта реальность существует только как светящаяся нить. Это произошло много лет назад во время обучения йоге в одном из индийских горных ашрамов.
Вот мои заметки из этого опыта. Было уже около дюжины дней, хотя вокруг меня много людей. Эта тишина родилась в моем сознании. Это замечательно, ясно, полно жизни и сладкое. Никакой мысли или чувства не нужно снаружи. Это сосуществование на более глубоком уровне, чем любое понятие, слово или даже мысль. Это также сопровождается чувством света, наполняющего всю мою голову, все клетки мозга и пролитой по всему телу. Опыт света и контакт с Богом накладываются на других, возможно, даже более интригующими.
Следует отметить, что в этих опытах Фарадей применил устройство, которое можно назвать прототипом трансформатора. Дальнейшие опыты Фарадея заключались в следующем.
IV. На картонный цилиндр навивалась медная проволока, концы которой присоединялись к гальванометру 5 (рис. 2.1, д); внутрь спирали по ее оси вводился цилиндр из мягкого железа 11. Два полосовых магнита NS и N " S " были приложены друг к другу разноименными полюсами N " и S , так что получалось некоторое подобие подковообразного магнита; другие два полюса (N и S " ) прикладывались к концам железного цилиндра так, что он замыкал магнитную цепь. В момент замыкания магнитной цепи стрелка отклонялась, но в дальнейшем при сохранении магнитной цепи в замкнутом состоянии стрелка возвращалась в свое первоначальное положение; при размыкании магнитной цепи она снова отклонялась, но в противоположную сторону, а затем возвращалась в начальное положение. При изменении полярности магнитов направления отклонения стрелки соответственно изменялись на обратные.
Это результат интересного процесса, который произошел во мне. Пока они текли из меня и разбросаны по вселенной. На другой стороне меня или на другой стороне мира? Как если бы какая-то космическая черная дыра попала в другое измерение. Эта вселенная другая, необычная, трудно описываемая. Это причинно-следственная связь. Да, эта мысль сопровождала меня с самого начала. Этот необыкновенный опыт был со мной на протяжении более дюжины дней. Это пропитало меня днем, вечером, заставило меня спать, «коснулся меня» для утреннего пробуждения.
Как будто «что-то» окружало меня чудесным пузырем, который позволял общаться между мирами. Примерно через две недели связь начала исчезать, затем разразился необычный пузырь. Чтобы понять их, мне пришлось принципиально перестроить мою систему убеждений.
Эти опыты непосредственно давали ответ на задачу, которую поставил перед собой Фарадей. Здесь удалось наблюдать появление электрического наведенного тока исключительно в результате действия с постоянными магнитами.
V. Развивая эти исследования, Фарадей заметил, что можно получить явление индукции токов, заменив в предыдущем опыте систему из магнитов и железного сердечника одним магнитом, который может вдвигаться в соленоид или выдвигаться из него (рис. 2.1, е). При перемещении магнита в одном каком-либо направлении стрелка гальванометра 5 отклонялась в одну сторону, при обратном перемещении магнита стрелка отклонялась в другую сторону. В моменты остановки магнита перед переменой направления его движения стрелка гальванометра возвращалась в свое начальное положение.
Это также вдохновило меня искать ответы на многие интригующие вопросы. И что, если бы глобальные изменения были возможны? С кем зависят эти изменения и как они могут произойти? Дальнейшее исследование и помощь гидов извне физического измерения привели меня к интересным выводам, и дальнейший удивительный опыт дал мне надежду на то, что Великая Планетарная Трансформация может быть вызвана. Теперь вы когда-нибудь задумывались, как все может быть устроено по-другому? В противном случае, мы не думаем, что это было и должно быть.
Это может не уместиться в вашей голове, поскольку это не просто системные изменения, другая война, революция или большой технологический прорыв. Худшие катаклизмы, или самые важные изобретения, не оказали существенного влияния на изменение базовой системы отсчета. Это поле является матрицей реальности. Шаблон, содержащийся в Жизненном поле, непосредственно влияет на все формы энергии, присутствующие в этом мире, от нейтрино или электромагнитных волн, начиная с более или менее тяжелого вещества.
Не представляло никаких принципиальных трудностей заменить в последнем опыте магнит электромагнитом. Фарадей показал, что если соленоид, по которому проходит обтекаемый ток от гальванического элемента, перемещать внутри другого (коаксиального) соленоида, соединенного с гальванометром, то в цепи этого второго соленоида наводятся ток (рис. 2.1, ж).
Это программа, реализуемая на всех уровнях реальности. Эффект этого поля можно проиллюстрировать простым примером школы. Кто помнит опыт работы с магнитом и железными обложками? Теперь на листе бумаги мы разбрасываем железные опилки. Затем поместите магнит под лист. Раны немедленно устанавливаются в равновесии, эллиптические узоры, которые точно отражают пораженное поле. Вы будете перемещать магнит - в момент встряхивания нить снова развалится. Вы будете перемещать магнит в другой форме - автоматически приспосабливаться к измененным линиям поля.
Индукцию, которая наблюдается при взаимных перемещениях проводника и магнита, Фарадей назвал «магнитоэлектрической». Однако тут же Фарадей заметил, что принципиальная разница между «вольтаэлектрической» и «магнитоэлектрической» индукцией должна при дальнейшем изучении исчезнуть. Действительно, никакой принципиальной разницы в наблюдавшихся Фарадеем явлениях не было. Все эти явления были впоследствии обобщены одним термином «электромагнитная индукция».
Шаблон, содержащийся в матрице, запечатлен на реальности как печать. Он учит структуре, свойствам и поведению всех элементов природы, дает модель образования и роста клеток, организмов, видов. Эта Божественная Матрица содержит всю информацию, связанную со строительством и функционированием многомерного пространства. Вот практический пример области жизни. Обморожение на замерзшей реке. Дно реки покрыто пышной подземной растительностью, за исключением того, что вся река в этом участке пробита через густой кустарник.
Живое пространство, производимое растениями, настолько доминирует здесь, что оно оказывает прямое влияние на форму замораживания выцветания. Они напоминают листья. Информация, содержащаяся в поле, на самом деле является многомерным пространством. В правильно функционирующей области полный доступ к многомерной информации дает вам фантастические возможности для создания. К сожалению, в нашей версии реальности духовных аспекты отрезаны, и это то, что мы должны делать каждый день, хотя по-прежнему красивым, просто хрупкого эхо истинного чуда творения.
Опыты Фарадея показали, что электромагнитная индукция возникает как в неподвижном проводнике, находящемся в переменном магнитном поле, так и в проводнике, который перемещается в неизменном магнитном поле. Отсюда вытекает, что одним из способов генерирования нового вида электричества, которое было названо магнитоэлектрическом, являлось перемещение проводника в магнитном поле постоянного магнита. Магнитное поле Фарадей представлял себе как совокупность магнитных силовых линий. Если проводник, перемещаясь в магнитном поле, пересекает магнитные силовые линии, то в нем появляется наведенный ток; если проводник перемещается вдоль силовых линий, не пересекая их, то явление индукции не имеет места. В § 114 своих «Экспериментальных исследований по электричеству» Фарадей пользуется представлением о пересечении «магнитных кривых» и дает весьма пространно выраженное частное правило для определения направления наведенного тока, совпадающее с «правилом правой руки».
Мы настолько привыкли к этим ограничениям, что признаем их очевидными, и иногда мы даже не станем их подвергать сомнению. Однако они не являются естественными. Они были наложены на Землю столетия назад. Тщательно запрограммированный образец, установленный в самом толстом слое Области Жизни, налагает абсолютную борьбу за существование и враждебную конкуренцию. Эта умная программа похожа на дублирующий вирус, обновляющийся в бесконечном количестве форм. Он проявляется в поведении всех видов, обитающих на планете.
Поэтому неудивительно, что патогенные вирусы мутируют в новые формы. Они просто следуют схеме. Плагиат не наносит вреда Земле навсегда - просто помните миф о коробке Пандоры. Перед открытием и рассеиванием содержимого олова земля была свободна от язв.
В ряде своих последующих экспериментов Фарадей делает попытку осуществить наведение тока посредством магнитного поля Земли.
2.2. Объяснение явления Араго и построение первого электромашинного генератора
Опыты над «магнетизмом вращения», которые производил Араго, были повторены рядом ученых. Это явление объясняли наведением в пластине магнетизма; при этом предполагали, что полюс магнита наводит в ближайшей к себе части пластины магнетизм противоположного себе знака, а в остальных местах рассеянную полярность одноименного знака. Считали, что для вращения подвешенного магнита необходимо, чтобы вращающееся под ним вещество приобретало и теряло магнетизм в течение некоторого промежутка времени, и не мгновенно. Следовательно, в данном случае предполагалось, что возникает какая-то притягивающая сила, заставляющая стрелку и диск вращаться в одну и ту же сторону. Против такого объяснения возражали многие, в том числе и Араго, отмечая факт полного отсутствия притяжения, когда магнит и диск находятся в покое, между тем как наведенный магнетизм должен был еще сохраняться.
Правила, регулирующие поле, заставляют людей рождаться от боли, жить короткими, умирать от боли. Они не знают, откуда они пришли и куда они ушли. Вам просто нужно взглянуть на первые главы Библии, и тот, с кем идет поиск, легко найдет такое же эхо во многих других древних местах.
Образец, написанный на ныне вытянутой планете Полу, создает тяжелую и непреклонную картину реальности. Если вы прыгнете со скалы, вы обязательно упадете и разбились, потому что могут летать только птицы. У вас такая же уверенность, что когда вы столкнетесь с стеной, вы не пройдете через нее, и когда вы слишком сильно нажмете на стол, вы сломаете себе руку. Однако важно помнить, что среди людей есть явления, которые нарушают некоторые из этих неопровержимых правил. Это не универсальные и необходимые законы.
На основе открытого явления электромагнитной индукции Фарадей сумел дать научное объяснение явлению Араго. Фарадей совершенно правильно указал, что при вращении медного диска в поле постоянного магнита в диске наводятся токи. Эти токи взаимодействуют с магнитом известным из электродинамики образом. Поскольку индукция имеет место только при взаимных перемещениях проводников и магнитов, то становится совершенно ясным, почему медный диск и магнит не взаимодействуют в состоянии покоя.
Эти правила применяются в форме, известной нам сегодня только из-за отделения от духовных измерений. Духовные измерения дают совершенно другое понимание и открывают бесконечно богатые возможности. Иначе говоря, в вашем Высшем Сознании лежит ключ к любому проникновению и формированию реальности. Без этого ключа вы обречены на болезненные спотыкания над канавкой.
Наши тела - экстраординарные реакторы, способные обрабатывать огромные космические энергии. В дополнение к физическим телам, у нас есть энергетические центры, в и из тела. За исключением того, что эта энергия почти у большинства из нас. У нас замечательный и очень развитый мозг, и мы используем лишь небольшой процент.
Рис. 2.2. Схема однодискового униполярного генератора Фарадея (диск Фарадея)
Арадей усмотрел в опыте Араго весьма большие возможности и в § 83 «Экспериментальных исследований по электричеству» отметил, что рассчитывает получить на основе этого опыта новый источник электричества. Таким образом, Фарадей указывает, что этим своим работам он придавал непосредственную практическую направленность в сторону усовершенствования существовавших тогда способов генерирования электрического тока. Для этого Фарадей произвел много опытов с большим магнитом Королевского общества, завершившихся построением первого электромашинного генератора, так называемого «диска Фарадея», при помощи которого можно было непрерывно генерировать электрический ток. Это устройство таково (рис. 2.2): медный диск располагается между полюсами N и S постоянного магнита так, чтобы магнитные линии проходили через диск перпендикулярно к его плоскости. При вращении диска в магнитном поле в нем наводится ток, проходящий в радиальном направлении. Если на периферии диска и на его центральной части поместить токоприемники в виде скользящих контактов (щеток), то между ними при вращении диска появится разность потенциалов. При замыкании цепи между этими токоприемниками на гальванометр можно наблюдать непрерывное прохождение тока. При перемене направления вращения диска стрелка гальванометра также изменяет направление своего отклонения. Это устройство представляет собой униполярную машину постоянного тока и является прототипом генератора постоянного тока.
Почему на этой прекрасной и плодородной планете такая плотная духовная тьма? Сколько боли и страданий? В этом отношении реальность, с которой мы встречаемся на Земле, огромна. Если матрица создана правильно, но ее позиция неверна, где ошибка? Согласно некоторым древним утверждениям, Земля на протяжении веков была отделена от света. Товарищи из другой системы, которые, по нашей терминологии, мы, вероятно, будем называть захватчиками, прежде чем выходить в невидимую сферу, растягиваться по нашей мировой энергетической сети.
Сети такого рода могут служить различным целям. Световые существа строят новую сетку, которая позволит в будущем неограниченное духовное развитие и свяжет нашу планету с космическими цивилизациями. Эта сеть, как и гигантская клетка Фарадея, эффективно изолирует физический размер от духовных измерений и отделяет Землю от свободного контакта с другими жителями свободного пространства. Здесь находятся электромагнитные уравнения.
Кроме того, в опытах Фарадея, как уже отмечалось, был осуществлен принцип трансформации. Таким образом, в работах Фарадея можно усмотреть истоки электромашинного генератора, электрического трансформатора и электродвигателя. Отсюда ясно, какое исключительное основополагающее значение имели работы Фарадея для последующего развития электротехники.
Существует много доказательств того, что магнитное поле является основным средством записи всей информации, содержащейся в Области Жизни. Сеть, наложенная инопланетянами, в основном используется для получения жизненной энергии. Самые востребованные жизненные формы энергии порождаются эмоциями и чувствами. Принцип работы довольно прост. В духовном смысле, каждый из нас ест преобразование энергии, в результате чего в то время как некоторые стремятся создавать и делиться другим получать удовлетворение от уничтожения или питаясь чужой, что делает их духовно «хищников».
2.3. Установление закона направления индуктированного тока и исследования электромагнитов
Фарадей в «Экспериментальных исследованиях по электричеству» указал на отдельные способы определения направления наведенного тока, которые могли быть применены лишь в некоторых частных случаях. Академику Э. X. Ленцу принадлежит установление закона, благодаря которому стало возможным определение направления наведенного тока для всех случаев движения проводников или магнитов. В 1834 г. Ленц опубликовал исследование «Об определении направления гальванических токов, возбуждаемых электродинамической индукцией», сущность которого ранее, 29 ноября 1833 г., была им доложена Петербургской Академии наук. Сформулированный им закон, получивший название «закона Ленца», фактически является следствием закона сохранения и превращения энергии. В настоящее время закон Ленца может быть сформулирован в самом общем виде так: «Всякий индукционный электромагнитный процесс направлен таким образом, что стремится противодействовать вызвавшей его причине». В 1833 г. Ленц сформулировал этот закон следующим образом: «Если металлический проводник движется поблизости от гальванического тока или магнита, то в нем возбуждается гальванический ток такого направления, что если бы данный проводник был неподвижным, то ток мог бы обусловить его перемещение в противоположную сторону; при этом предполагается, что покоящийся проводник может перемещаться только в направлении движения или в противоположном направлении».
Строительство, обратите внимание, намного сложнее, чем уничтожение. Чтобы построить красивый песчаный замок, вам нужно много внимания и работы. Чтобы уничтожить его, достаточно его выгнать. Оба действия связаны с энергичной трансформацией и дают удовлетворение, а строитель и разрушитель - своеобразное удовлетворение. Используя термины из физики, создавая потенциальную энергию объекта, его уничтожение уменьшает его. Но поток разрушений намного быстрее, проще, поэтому удовлетворение легко и быстро.
Потенциальные изменения должны идти в обоих направлениях, поэтому маловероятно, чтобы что-либо было крайне вредным, если бы ситуация была в некотором приемлемом балансе. К сожалению, наша планета связана столь густой сетью, созданной паразитическими существами, что возникающая ситуация определенно патологична.
Закон Ленца имел, прежде всего, значение в том отношении, что давал непосредственную возможность предвидеть и определять направление наведенного тока; кроме того, этот закон позволил Ленцу сформулировать важный для электротехники принцип – принцип обратимости генераторного и двигательного режимов электрической машины.
В 1838 г. Ленц практически осуществил обратимость электрической машины постоянного тока, заставив ее работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Открытый Ленцем принцип обратимости электрической машины, как известно, является одним из фундаментальных положений электротехники.
Сеть настолько ограничена, что у светлых существ мало шансов попасть сюда, и если они преуспеют, они должны появиться инкогнито. Принимая на себя очень плотную и низко вибрирующую форму энергии, которую Земля обречена делать, они вынуждены избавиться от большинства своих атрибутов на этом пути. Мощные и яркие существа приходят сюда в «нищенской» форме, лишенные сознательного доступа к своим знаниям и мудрости, лишенные силы и всей ясности, которая их окружает. Эти атрибуты остаются депонированными в так называемом.
Высшее Я, с которым иногда происходит ограниченный контакт. Многие из этих просвещенных существ, несмотря на эти ограничения, соглашаются на миссию на Земле, чтобы направлять мир к свету. Как долго они будут работать инкогнито? Как долго они будут оставаться полусознательными или скрывать свою истинную личность и задачу?
В связи с развитием применения электромагнитов оказалось необходимым измерять магнитное действие их сердечников. Особенно важным был этот вопрос потому, что в это время проводились работы по практическому применению электродвигателя Якоби, и возникла необходимость создать возможно более мощный электродвигатель. Решение задачи построения электродвигателей большей мощности связывали с применением более сильных электромагнитов. Исследование этой проблемы вели совместно Э. X. Ленц и Б. С. Якоби; в этой работе был использован баллистический метод измерений, разработанный Ленцем в 1832 г. При измерениях этим методом действие наведенного тока рассматривалось как мгновенный удар, под влиянием которого стрелка мультипликатора отклоняется с определенной скоростью: по теории баллистического гальванометра эта скорость пропорциональна
, где α – угол наибольшего отклонения стрелки. В результате исследований электромагнитов Ленц и Якоби пришли к установлению ряда закономерностей, таких, например, как пропорциональность магнитного потока току возбуждения и числу витков электромагнита или точное соответствие мощности электромагнита мощности источника тока.
Результаты, полученные Ленцем и Якоби, имели то значение, что от чисто эмпирических приемов построения электромагнитов перешли к некоторым предварительным расчетам, которые обеспечивали более правильное решение задачи.
Эмилий Христианович Ленц
Азработанный Ленцем баллистический метод измерения тока позволил ему произвести много исследований, в том числе и зависимости электропроводности металлов от их температуры.
2.4. Основные направления в развитии электрических машин постоянного тока
Основы электромеханики были заложены крупнейшими открытиями первой трети XIX в. Основными научными предпосылками электромеханики явились создание основ электродинамики и открытие явления электромагнитной индукции. Накопившийся после промышленного переворота практический опыт конструирования машин и механизмов, паровых двигателей и т. п. стал основой конструктивных решений и в области электрических машин, электромагнитных аппаратов и приборов.
Создатели первых электромагнитных устройств, при помощи которых демонстрировалось непрерывное превращение электрической энергии в механическую или обратно, еще не ставили перед собой серьезных энергетических задач. Во время первых работ в области электромеханики не было еще острой потребности в построении новых мощных источников электрической или механической энергии. Паровой двигатель прочно удерживал за собой решающие позиции, и сфера применения его непрерывно расширялась.
В середине XIX века положение начало меняться. В связи с успехами электрического освещения и других энергетических применений электричества (гальванопластика, электротермия, электрическая тяга) потребность в мощных источниках электрического тока сильно возросла. Позже, в конце XIX в., развитие централизованного производства электроэнергии и необходимость по этой причине освоить передачу энергии на большие расстояния выдвинули вопросы построения мощных и экономичных электрических генераторов и электрических двигателей как задачу громадного хозяйственного значения.
В процессе решения этих крупных задач электрическая машина прошла длинный и сложный путь развития от физических игрушек до завершенных промышленных конструкций. Однако вначале развитие электрических генераторов и электрических двигателей шло совершенно различными путями, что вполне соответствовало состоянию науки об электричестве и магнетизме того периода: принцип обратимости электрической машины, как указывалось выше, был открыт в 30-х годах, а использован в широких масштабах начиная с 70-х годов прошлого века. В связи с этим представляется вполне правомерным рассмотреть отдельно развитие генератора и электродвигателя в период до 1867 г.
2.5. Основные этапы развития электродвигателя постоянного тока
В первой половине XIX в. паровой двигатель, занимал преобладающее положение среди двигателей, применявшихся бурно развивавшейся капиталистической машинной индустрией. Будучи безусловно прогрессивным фактором в технике конца XVIII и начале XIX в., он обладал тем не менее рядом существенных недостатков, которые выступали все более и более отчетливо по мере развития промышленности. К концу XIX в. паровой двигатель уже не мог оставаться единственным источником механической энергии в цехах промышленных предприятий. Необходимость перейти к более гибкой и экономичной системе промышленного привода настоятельно требовала отказа от трансмиссий, т. е. перехода по возможности к одиночному приводу. Но для такой системы привода в большинстве случаев нужен был экономичный двигатель небольшой мощности. Кроме требований, предъявлявшихся системой распределения энергии между исполнительными механизмами, двигатель промышленного предприятия должен был удовлетворять также многим другим условиям, например таким, как возможность автоматизации, небольшие габариты и вес (что дает возможность легко конструктивно сочленять двигатель и исполнительный механизм), безопасность в пожарном отношении, минимальные расходы по надзору, гигиеничность эксплуатации и пр. Всем этим требованиям наилучшим образом удовлетворял электрический двигатель. Так, в последней трети XIX в. произошло разделение на первичные (тепловые, гидравлические) и вторичные (электрические) двигатели.
Поскольку все первые потребители электрической энергии питались исключительно постоянным током и этот род тока был наиболее изучен, то и первые электрические машины были машинами постоянного тока.
В развитии электродвигателя постоянного тока можно наметить три основных этапа, которые ниже будут последовательно рассмотрены. Следует заметить, что это разделение на этапы является условным, так как конструкции и принципы действия электродвигателей, характерные для одного этапа, в отдельных случаях появлялись и на более поздних этапах; с другой стороны, более поздние и более прогрессивные конструкции в их зародышевой форме нередко можно найти на более ранних ступенях развития электродвигателя. Следует иметь в виду, что для характеристики каждого этапа развития электродвигателя в дальнейшем изложении приводятся только наиболее типичные конструкции.
Начальный этап развития электродвигателя (1821 – 1834 гг.) характеризуется созданием физических приборов, демонстрирующих непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. Первым таким прибором было описанное выше устройство Фарадея, в котором он впервые получил взаимное вращение магнитов и проводников с током.
С
Рис. 2.3. Колесо Барлоу
Ледующее после Фарадея описание различных приборов, в которых действие магнитов вызывает движение проводника с током в магнитном поле, в частности непрерывное вращение колеса, дано в книге П. Барлоу «Исследование магнитных притяжений», опубликованной в 1824 г. Построенное им так называемое «колесо Барлоу» является одним из исторических памятников предистории развития электротехники. Колесо Барлоу (рис. 2.3) по принципу действия представляет собой униполярную электрическую машину, работающую в двигательном режиме; на рис. 2.3 приняты следующие обозначения: 1 – четырехугольная деревянная подставка с желобками 2 и 3, наполняемыми ртутью; 4 и 5 – два проводника, внутренние концы которых входят соответственно в желобки 2 и 3, а внешние концы служат для присоединения к полюсам источника тока. Медные колеса 6 и 7 насажены на ось 8 и могут вращаться вместе с нею. Концы их зубцов при вращении попеременно погружаются в ртуть. На подставку 1 положены два постоянных (магнита NS и N ’ S ’ таким образом, что их стороны параллельны желобкам 2 и 3. Если прибор соединить с полюсами генератора тока, то зубчатые колеса начнут быстро вращаться. Барлоу отмечает, что перемена контактов или перемена положения полюсов магнитов вызывает немедленно перемену направления вращения колес. В этом приборе происходит следующее физическое явление. При замыкании цепи электрический ток входит, например, через проводник 5 в ртуть желобка 3, затем вступает в колесо 7 и проходит по нему от периферии к центру; далее ток по оси 8 направляется ко второму колесу, по которому проходит в направлении от центра к периферии и через зубцы входит в ртуть желобка 2, откуда через проводник 4 возвращается к источнику тока. Легко установить (например, пользуясь правилом левой руки), что оба колеса будут вращаться в одном и том же направлении.
Колесо Барлоу не имело практического значения и остается до сих пор лабораторным демонстрационным прибором. В свое время оно сыграло роль в том отношении, что способствовало развитию экспериментов в области построения электродвигателя, пригодного для практики. К решениям, отвечавшим требованиям практики, пришли не сразу, а осуществив построение ряда электродвигателей, практическая ценность которых была недостаточной.
Характерным для первого этапа развития электродвигателя примером, отражающим иное направление в создании конструктивных форм, является прибор американского физика Джозефа Генри. Генри в 1831 г. опубликовал статью «О качательном движении, производимом магнитным притяжением и отталкиванием», в которой он описал построенный им электродвигатель. Это устройство, как и колесо Барлоу, не пошло дальше лабораторных испытаний, и сам изобретатель не придавал серьезного значения своей конструкции. Значение электродвигателя Генри в историческом разрезе заключается в том, что в этом устройстве впервые сделана попытка использовать притяжение разноименных и отталкивание одноименных магнитных полюсов для получения движения (в данном случае качательного) некоторого рабочего органа.
Рис. 2.4. Схема электродвигателя Генри
Рис. 2.4 схематически иллюстрирует устройство электродвигателя Генри. На деревянной подставке вертикально установлены обращенные северным полюсом вверх постоянные стержневые магниты 1 и 2, между которыми расположена деревянная стойка; на стойке шарнирно укреплен в виде коромысла горизонтальный электромагнит 3-4 с загнутыми вниз концами сердечника; когда электромагнит находится в горизонтальном положении, то его полюса отстоят примерно на 1 дюйм от полюсов магнитов 1 и 2. По обеим сторонам от деревянной подставки расположены гальванические элементы 5 и 6, к цинковым и медным электродам которых припаяны чашечки со ртутью 7-8 и 9-10. Электромагнит 3-4 имеет две обмотки с двумя парами выводов 11-12 и 13-14 с каждой стороны. Если электромагнит 3-4 наклонить влево, то выводы 11 и 12 погрузятся в чашечки 7 и 8 и через обмотку электромагнита, пройдет ток; при этом на левом конце электромагнита 3 образуется северный, а на правом 4 – южный полюса.
С
Джозеф Генри
Еверный полюс электромагнита 3 оттолкнется от северного полюса постоянного магнита 1 и одновременно южный полюс 4 притянется северным полюсом 2. Коромысло наклонится вправо, а вместе с тем выводы 13 и 14 погрузятся в чашечки 9 и 10; в результате этого по обмотке электромагнита пройдет ток другого направления, изменится полярность электромагнита 3-4 и аналогичным образом коромысло наклонится влево. Так электромагнит 3-4 будет равномерно качаться (в модели, построенной Генри, электромагнит совершал 75 качаний в минуту). Один из электродвигателей такого типа, построенный в 1831 г., имел мощность 0,044 Вт (по современным подсчетам).
Несмотря на то, что как на первом этапе, так и позднее предлагались многочисленные конструкции двигателей с качательным движением якоря, более прогрессивными всегда были попытки построить электродвигатель с вращательным движением якоря. Одной из таких попыток был электродвигатель (рис. 2.5), описанный в 1833 г. профессором Лондонского университета В. Риччи.
Рис. 2.5. Электродвигатель Риччи
Магнитное поле в этом двигателе создавалось постоянным неподвижным подковообразным магнитом, поставленным полюсами N и S вертикально вверх. Между этими полюсами на вертикальной оси помещался электромагнит 1-2, по обмотке которого пропускался ток. Направление тока изменялось коммутатором 3, вследствие чего полярность электромагнита периодически менялась. Взаимодействие полюсов постоянного магнита и электромагнита 1-2 приводило к вращению электромагнита вокруг оси. Описанный электродвигатель вследствие своей незначительной мощности не мог иметь практического значения.
В
Борис Семенович Якоби
Торой этап развития электрических двигателей (1834 – 1860 гг.) характеризуется преобладанием конструкций с вращательным движением якоря и с резко пульсирующим вращающим моментом. Все двигатели этого периода действовали на принципе притяжения и отталкивания, производимого электромагнитами, либо на взаимодействии электромагнитов с постоянными магнитами или со стальными пластинами. Наиболее характерные и существенно важные работы по конструированию электродвигателей этого рода принадлежат академику Б. С. Якоби. Изучая конструкции электродвигателей своих предшественников, в которых было осуществлено возвратно-поступательное или качательное движение якоря, Якоби отозвался об одном из них, «что такой прибор будет не больше, чем забавной игрушкой для обогащения физических кабинетов, и что его нельзя будет применять в большом масштабе с какой-нибудь экономической выгодой». Поэтому Якоби направил свое внимание на построение более мощного электродвигателя с вращательным движением якоря.
В 1834 г. Якоби построил и описал электродвигатель, который действовал на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами. Этот двигатель (рис. 2.6) имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа (четыре П-образных электромагнита) располагалась на неподвижной раме, а другая аналогичная группа – на вращающемся диске (расположен слева). В качестве источника тока для питания электромагнитов была применена батарея гальванических элементов. Для попеременного изменения полярности подвижных электромагнитов, т. е. для того, чтобы машина могла работать, служил коммутатор.Анализ
Анализ историографии последних лет показывает повышение интереса к теоретическим проблемам исторической информатики: осмыслению закономерностей и этапов ее развития, взаимодействия с другими областями научного знания, перспектив на будущее.
Тема История экономических учений как наука. 2
ДокументПредмет истории экономических учений – процесс возникновения, развития и смены теоретических идей и взглядов отдельных экономистов, школ и направлений экономической мысли в различные эпохи и в различных странах в тесной связи с историей
Опыты Фарадея внесли неоценимый вклад в формирование современной науки. Простой мальчик из бедной семьи совершил настоящий прорыв в физике. Среди его экспериментальных открытий - закон электромагнитной индукции, явление электролиза, фарадеев цилиндр. Ученый не только стремился ставить новые опыты - он выстроил вполне понятную теорию электромагнитных явлений, основанную на экспериментальных данных.
Начало
Майкл Фарадей был сыном кузнеца. Элементарные знания он получил в школе для бедных, где научился читать, писать и считать. В девятилетнем возрасте Фарадей разносит газеты, а позже отец определяет его в ученики переплетчика. Любознательный мальчик читал все книги, которые ему отдавали на переплетение. Но больше всего ему нравились научные трактаты. Так будущий ученый расширял свой кругозор и знакомился с последними достижениями современной науки. Чудесный случай свел его с сэром Дэви, который взял его в секретари.
Новая профессия дала ему возможность путешествовать по свету и поддерживать знакомство с великими учеными того времени - Вольта, Гей-Люссаком, Ампером. Именно под влиянием великих людей Фарадей начинал свою научную деятельность.
Первые открытия
В октябре 1832 года в дневниках Фарадея появилась первая запись: "При прохождении тока площадь окрашенных участков на бумаге изменяется". Это наблюдение послужило первым толчком к взаимодействию химических реакций и электрических явлений. Отклонение магнитной стрелки под действием электрического тока послужило молодому ученому основой для собственного открытия. Майкл Фарадей приступил к изучению природы электрических явлений.
Открытие Фарадея
Опыты по изучению индукционных эффектов начались около 200 лет назад Джозефом Генри и Майклом Фарадеем. Ученые исследовали электрический ток с помощью двух проволочных спиралей, которые были намотаны на катушку из дерева. Одна из таких спиралей присоединялась к гальванометру, который регистрировал слабые токи. Вторая спираль сообщалась с гальванической батареей. В момент замыкания и размыкания цепи индикаторная стрелка гальванометра обязательно отклонялась.
Так опыты Фарадея доказали существование зависимости между магнитными и электрическими полями. Полученная взаимосвязь носит название «закон электромагнитной индукции». Кратко смысл этого явления можно описать как возникновение электрического тока в замкнутом контуре при меняющемся со временем магнитном потоке, который этот контур пронизывает. Дальнейшие опыты Фарадея посвящались изучению данного явления.
Исследование ЭМИ
Один из опытов показал, что взаимодействие магнита и катушки с током провоцирует появление индукционного тока. Фарадей объяснил это явление так: при внесении магнита в катушку в цепи возникает электрический ток, при вынесении также возникает ток, но другого направления. Появляющееся напряжение зависит от скорости движения магнита и от того, каким полюсом он погружается в катушку.
Второй опыт касался возникновения тока в одной катушке при изменении напряжения в другой. Как доказал Фарадей, такое явление возникает в момент подачи (прекращения) тока в первом элементе.
Проведя многочисленные опыты, Фарадей доказал, что в замкнутых цепях напряжение возникает лишь в том случае, когда данная цепь попадает в переменное магнитное поле. Возникающий при этом ток называется самонаводящимся или индукционным.
Электродвижущая сила
Современная наука утверждает, что в электрической цепи возникает не определенный ток, а электродвижущая сила (ЭДС), провоцирующая его появление. Эксперименты показали, что в контуре при изменении магнитного потока возникает ЭДС. Ее формулу можно записать следующим образом:
Смысл этого выражения состоит в том, что ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, отображенной со знаком «минус». Формула Фарадея носит его имя и отражает такой закон: ЭДС индукции равно скорости изменения магнитного потока через контур. Знак минус в этом выражении обязан своим появлением правилу Ленца.
Первый генератор
В 1831 году ученый, чтобы наглядно продемонстрировать процесс преобразования механической энергии в электрическую, построил генератор Фарадея. Этот прибор не имел практического значения, но наглядно показывал волшебство возникновения электрического тока.
Диск Фарадея представлял собой устройство, напоминающее примитивный генератор. В этой конструкции магнитное поле направлялось вдоль оси вращения, а контур оставлялся неподвижен. Удивление наблюдателей вызывало то обстоятельство, что вращение магнита вместе с диском приводило к появлению электродвижущей силы в неподвижной цепи. Это явление было названо парадоксом Фарадея. Данное противоречие разрешилось уже после смерти ученого, когда был открыт электрон, который ведет себя и как заряд, и как частица.
Исследования электоролиза
Опыты Фарадея не ограничивались изучением магнитных полей. Большая часть современных представлений об электролизе и ионах обязана своим появлением этому английскому ученому. Обширную серию опытов по изучению поведения химических растворов в электрическом поле Фарадей свел к двум простым законам, которыми мы пользуемся и в настоящее время:
В ходе опытов Фарадей доказал, что для получения 1,008 кг водорода необходимо затратить 96500000 кулон электричества. Столько же электричества нужно для получения 35,4 кг хлора, 63,6/2 кг меди, 16/2 кг кислорода. Таким образом, мера электричества, необходимая для получения одного химического эквивалента вещества, была названа числом Фарадея.
Огромный вклад, который внес этот необыкновенный и талантливый ученый в физику, ставит его на один уровень с Ньютоном, Джоулем, Эйнштейном и другими великими людьми.