Номер 1, страница 157, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные явления. Параграф 85. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 1, страница 157.

Условие.

• История открытия электромагнитной индукции.

Решение.

История открытия электромагнитной индукции является одним из ключевых моментов в развитии физики и техники. Она началась после того, как в 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток порождает магнитное поле. Это открытие установило фундаментальную связь между электричеством и магнетизмом и побудило ученых искать обратный эффект: возможность получения электрического тока с помощью магнитного поля.

Предпосылки и первые попытки

После открытия Эрстеда многие ученые, включая Андре-Мари Ампера и самого Майкла Фарадея, пытались «превратить магнетизм в электричество». Первоначальная гипотеза заключалась в том, что если постоянный ток создает постоянное магнитное поле, то, возможно, постоянное магнитное поле должно создавать постоянный ток. Однако многочисленные эксперименты, в которых проводник просто помещали в сильное магнитное поле, не давали результата — гальванометр, подключенный к проводнику, не показывал наличия тока.

Прорыв Майкла Фарадея (1831 г.)

Английский ученый Майкл Фарадей потратил около десяти лет на решение этой задачи. Решающий успех пришел к нему 29 августа 1831 года. В своем классическом эксперименте он взял железное кольцо и намотал на его противоположные стороны две изолированные друг от друга медные проволоки. Одну обмотку (первичную) он подключил к гальванической батарее, а другую (вторичную) — к чувствительному гальванометру.

Фарадей обнаружил, что стрелка гальванометра отклонялась только в два момента:

1. В момент замыкания цепи первичной обмотки.
2. В момент размыкания цепи первичной обмотки.

Когда по первичной обмотке протекал постоянный ток, во вторичной обмотке ток отсутствовал. Фарадей сделал гениальный вывод: индукционный ток возникает не самим магнитным полем, а его изменением. Замыкание цепи приводило к нарастанию магнитного поля, а размыкание — к его исчезновению. Именно эти изменения и порождали ток во вторичной катушке.

В последующих экспериментах он подтвердил свой вывод, показав, что ток возникает также, когда постоянный магнит вдвигается в катушку или выдвигается из нее, или когда одна катушка с током движется относительно другой. Фарадей ввел понятие «магнитного потока» (хотя и в качественной форме, как число «силовых линий», пронизывающих контур) и сформулировал закон: электродвижущая сила (ЭДС), индуцируемая в замкнутом контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через этот контур.

Независимое открытие Джозефа Генри

Следует отметить, что американский физик Джозеф Генри открыл явление электромагнитной индукции независимо от Фарадея и даже несколько раньше (в 1830 году). Однако он не спешил с публикацией своих результатов, и работа Фарадея, опубликованная в 1831 году, стала известна научному сообществу первой. Поэтому приоритет в открытии явления остался за Фарадеем. Генри также принадлежит открытие явления самоиндукции (1832 г.).

Дальнейшее развитие: Правило Ленца и уравнения Максвелла

Работы Фарадея носили в основном экспериментальный и качественный характер. Важное дополнение к его закону было сделано в 1834 году российским физиком Эмилием Христиановичем Ленцем. Он сформулировал правило (правило Ленца), позволяющее определить направление индукционного тока: индукционный ток в контуре всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которое его вызвало. Это правило является прямым следствием закона сохранения энергии.

Окончательную математическую формулировку закон индукции получил в работах шотландского физика Джеймса Клерка Максвелла в 1860-х годах. Он включил закон Фарадея в свою систему четырех фундаментальных уравнений электродинамики, которые описывают все электромагнитные явления. В современной записи закон электромагнитной индукции Фарадея-Максвелла выглядит так:

$ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $

где $ \mathcal{E} $ — ЭДС индукции, а $ \frac{d\Phi_B}{dt} $ — скорость изменения магнитного потока. Знак «минус» в формуле математически выражает правило Ленца.

Значение открытия

Открытие электромагнитной индукции стало поворотным пунктом в науке и технике. Оно легло в основу создания генераторов электрического тока, преобразующих механическую энергию в электрическую, что сделало возможным массовое производство и использование электроэнергии. На этом же принципе работают электродвигатели, трансформаторы, индукционные печи и множество других устройств, сформировавших технологический облик современной цивилизации. Это открытие завершило объединение электричества и магнетизма в единое учение — электромагнетизм.

Ответ: Явление электромагнитной индукции было открыто английским физиком Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он экспериментально установил, что электрический ток в замкнутом проводящем контуре возникает при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Независимо и несколько ранее это явление наблюдал американский ученый Джозеф Генри, но он не опубликовал свои результаты вовремя. Позже закон был дополнен правилом Ленца о направлении тока и получил строгую математическую форму в уравнениях Максвелла, став одним из фундаментальных законов электродинамики и основой всей современной электротехники.