Номер 1, страница 186 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 5. Электромагнитные явления. Параграф 45. Явление электромагнитной индукции. Вопросы - номер 1, страница 186.

Условие.

1. Какие опыты проводил М. Фарадей?

Решение.

Майкл Фарадей (1791–1867) был выдающимся английским учёным-экспериментатором, чьи работы в области физики и химии легли в основу современного учения об электромагнетизме и электрохимии. Он провёл множество фундаментальных опытов, важнейшими из которых являются следующие:

1. Открытие электромагнитной индукции (1831 г.)

Это ключевое открытие Фарадея, положившее начало эпохе электричества. Он искал способ получить электрический ток с помощью магнитного поля. После долгих поисков он провёл серию успешных экспериментов.

• Опыт с двумя катушками на железном кольце. Фарадей намотал на железное кольцо две изолированные друг от друга медные проволоки. Одну катушку (первичную) он подключил к гальванической батарее, а другую (вторичную) — к гальванометру. В момент замыкания или размыкания цепи первичной катушки стрелка гальванометра во вторичной цепи кратковременно отклонялась, указывая на появление тока. При этом, когда в первичной катушке протекал постоянный ток, во вторичной катушке ток отсутствовал.
• Опыт с движущимся магнитом и катушкой. Фарадей обнаружил, что если вносить постоянный магнит внутрь катушки, соединённой с гальванометром, или вынимать его, то в катушке возникает электрический ток. Направление тока зависело от направления движения магнита и от того, какой полюс (северный или южный) использовался.

Из этих опытов Фарадей сделал вывод, что для возникновения электрического тока в замкнутом контуре необходимо изменение числа магнитных линий (магнитного потока), пронизывающих этот контур. Это явление было названо электромагнитной индукцией и лежит в основе работы всех современных электрогенераторов и трансформаторов.

Ответ: Фарадей экспериментально доказал, что изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрический ток в замкнутом проводящем контуре (явление электромагнитной индукции).

2. Установление законов электролиза (1833–1834 гг.)

Фарадей провёл систематические исследования прохождения электрического тока через водные растворы кислот, солей и щелочей. Эти опыты позволили ему сформулировать количественные законы, управляющие процессом электролиза. Он также ввёл в науку основополагающие термины: электролит, электрод, анод, катод, ион.

• Первый закон электролиза Фарадея. Масса вещества ($\text{m}$), выделившегося на электроде, прямо пропорциональна полному электрическому заряду ($\text{q}$), прошедшему через электролит: $m = k \cdot q$. Так как заряд $q = I \cdot t$, где $\text{I}$ — сила тока, а $\text{t}$ — время, то формулу можно записать как $m = k \cdot I \cdot t$. Коэффициент $\text{k}$ назвали электрохимическим эквивалентом вещества.
• Второй закон электролиза Фарадея. Для выделения на электроде одного моля эквивалентов любого вещества требуется одно и то же количество электричества. Эта фундаментальная константа получила название постоянной Фарадея ($F \approx 96485$ Кл/моль).

Эти законы легли в основу электрохимии и стали важным свидетельством в пользу дискретной природы электричества (существования элементарного заряда).

Ответ: Фарадей установил количественные законы, связывающие массу вещества, участвующего в электролизе, с количеством прошедшего через электролит электрического заряда, заложив основы электрохимии.

3. Открытие парамагнетизма и диамагнетизма

До Фарадея были известны только ферромагнетики — вещества (подобные железу), которые сильно притягиваются к магниту. Фарадей с помощью мощных электромагнитов исследовал поведение самых разных веществ в магнитном поле и обнаружил, что все тела в той или иной степени реагируют на него. Он разделил все вещества на три группы:

• Парамагнетики — вещества, которые слабо втягиваются в магнитное поле (например, платина, алюминий, кислород).
• Диамагнетики — вещества, которые слабо выталкиваются из магнитного поля (например, висмут, медь, вода, водород).

Это открытие продемонстрировало, что магнетизм является универсальным свойством материи, присущим всем без исключения веществам.

Ответ: Фарадей открыл, что все вещества взаимодействуют с магнитным полем, и классифицировал их на парамагнетики (слабо притягивающиеся) и диамагнетики (слабо отталкивающиеся), доказав всеобщность магнитных свойств.

4. Открытие магнитооптического эффекта (эффекта Фарадея, 1845 г.)

Фарадей был глубоко убежден в единстве сил природы и долгое время искал связь между светом и электромагнитными явлениями. В 1845 году ему удалось провести успешный опыт. Он пропустил пучок поляризованного света через кусок тяжёлого свинцового стекла, который был помещён между полюсами сильного электромагнита. Фарадей обнаружил, что при включении магнитного поля плоскость поляризации света поворачивается. Угол поворота зависел от силы магнитного поля и длины пути света в веществе.

Этот эксперимент впервые в истории науки показал, что свет и магнетизм взаимосвязаны. Это стало решающим шагом к созданию Джеймсом Максвеллом электромагнитной теории света.

Ответ: Фарадей экспериментально обнаружил, что сильное магнитное поле способно вращать плоскость поляризации света, проходящего через прозрачное вещество, тем самым впервые установив связь между оптикой и магнетизмом.

5. Эксперимент с «клеткой Фарадея»

Чтобы продемонстрировать, что электрические заряды концентрируются на внешней поверхности проводника и что внутри замкнутой проводящей оболочки нет электрического поля, Фарадей провёл наглядный опыт. Он построил большую, обклеенную фольгой клетку, установил её на изолирующие подставки и вошёл внутрь с чувствительным электроскопом. Затем его ассистенты зарядили клетку с помощью мощной электростатической машины до такого высокого потенциала, что с её поверхности начали срываться искры. При этом электроскоп внутри не показал абсолютно никакого заряда.

Этот эксперимент наглядно продемонстрировал явление электростатической экранировки, которое широко используется сегодня для защиты электронного оборудования от внешних электрических полей.

Ответ: Фарадей доказал, что внутри замкнутой проводящей оболочки отсутствует электрическое поле, создаваемое внешними по отношению к оболочке зарядами, продемонстрировав принцип электростатического экранирования.