Faradays opdagelse af elektrisk induktion

Faraday, den største eksperimentalist inden for elektricitet og magnetisme i det 19. århundrede og en af de største eksperimentalfysikere nogensinde, arbejdede i 10 år på at bevise, at en magnet kunne inducere elektricitet. I 1831 lykkedes det ham endelig ved at bruge to spoler af tråd, der var viklet rundt om modsatte sider af en ring af blødt jern (figur 7). Den første spole blev tilsluttet et batteri; når der gik en strøm gennem spolen, blev jernringen magnetiseret. En ledning fra den anden spole blev forlænget til en kompasnål en meter væk, langt nok til, at den ikke blev direkte påvirket af nogen strøm i det første kredsløb. Da det første kredsløb blev tændt, observerede Faraday en kortvarig afbøjning af kompasnålen og dens øjeblikkelige tilbagevenden til sin oprindelige position. Da den primære strøm blev slukket, skete der en lignende afbøjning af kompasnålen, men i den modsatte retning. Ved at bygge videre på denne observation i andre eksperimenter viste Faraday, at ændringer i magnetfeltet omkring den første spole er ansvarlige for at fremkalde strømmen i den anden spole. Han viste også, at en elektrisk strøm kan induceres ved at flytte en magnet, ved at tænde og slukke en elektromagnet og endda ved at flytte en elektrisk ledning i Jordens magnetfelt. I løbet af få måneder byggede Faraday den første, om end primitive, elektriske generator.

Faradays forsøg med magnetisk induktion

Figur 7: Faradays forsøg med magnetisk induktion. Når kontakten S lukkes i det primære kredsløb, løber der en momentan strøm i det sekundære kredsløb, hvilket giver en forbigående afbøjning af kompasnålen M.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Henry havde helt uafhængigt opdaget elektrisk induktion i 1830, men hans resultater blev først offentliggjort, efter at han havde modtaget nyheden om Faradays arbejde fra 1831, og han udviklede heller ikke opdagelsen lige så udførligt som Faraday. I sin artikel fra juli 1832 rapporterede Henry om og fortolkede selvinduktion korrekt. Han havde frembragt store elektriske lysbuer fra en lang spiralformet leder, når den blev afmonteret fra et batteri. Da han havde åbnet kredsløbet, havde det hurtige fald i strømmen forårsaget en stor spænding mellem batteripolerne og ledningen. Da ledningen blev trukket væk fra batteriet, fortsatte strømmen med at løbe i kort tid i form af en lysbue mellem batteripol og ledning.

Faradays tænkning var gennemsyret af begrebet om elektriske og magnetiske kraftlinjer. Han visualiserede, at magneter, elektriske ladninger og elektriske strømme frembringer kraftlinjer. Når han placerede et tyndt kort dækket af jernfilspåner på en magnet, kunne han se, at filspånerne dannede kæder fra den ene ende af magneten til den anden. Han mente, at disse linjer viste retningerne af kræfterne, og at elektrisk strøm ville have de samme kraftlinjer. Den spænding, de opbygger, forklarer tiltrækningen og frastødningen af magneter og elektriske ladninger. Faraday havde visualiseret magnetiske kurver allerede i 1831, mens han arbejdede på sine induktionseksperimenter; han skrev i sine noter: “Med magnetiske kurver mener jeg linjer af magnetiske kræfter, som ville blive afbildet af jernfilspåner”. Faraday var imod den fremherskende idé om, at induktion skete “på afstand”; i stedet mente han, at induktion sker langs kurvede kraftlinjer på grund af virkningen af sammenhængende partikler. Senere forklarede han, at elektricitet og magnetisme overføres gennem et medium, der er stedet for elektriske eller magnetiske “felter”, som gør alle stoffer magnetiske i en vis udstrækning.

Faraday var ikke den eneste forsker, der lagde grunden til en syntese mellem elektricitet, magnetisme og andre områder af fysikken. På det europæiske kontinent, primært i Tyskland, var videnskabsfolk i gang med at skabe matematiske forbindelser mellem elektricitet, magnetisme og optik. Fysikerne Franz Ernst Neumann, Wilhelm Eduard Weber og H.F.E. Lenz’ arbejde hører til denne periode. Samtidig var Helmholtz og de engelske fysikere William Thomson (senere Lord Kelvin) og James Prescott Joule i færd med at klarlægge forholdet mellem elektricitet og andre energiformer. Joule undersøgte det kvantitative forhold mellem elektriske strømme og varme i løbet af 1840’erne og formulerede teorien om de opvarmningseffekter, der ledsager strømmen af elektricitet i ledere. Helmholtz, Thomson, Henry, Henry, Gustav Kirchhoff og Sir George Gabriel Stokes udvidede også teorien om ledning og udbredelse af elektriske virkninger i ledere. I 1856 bestemte Weber og hans tyske kollega Rudolf Kohlrausch forholdet mellem elektriske og magnetiske enheder og fandt, at det har de samme dimensioner som lys, og at det er næsten nøjagtigt lig med dets hastighed. I 1857 brugte Kirchhoff dette resultat til at påvise, at elektriske forstyrrelser forplanter sig på en stærkt ledende ledning med lysets hastighed.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.