Faraday felfedezése az elektromos indukcióról

Faraday, a 19. század legnagyobb elektromossági és mágnesességi kísérletezője és minden idők egyik legnagyobb kísérleti fizikusa 10 évig dolgozott azon, hogy bebizonyítsa, hogy a mágnes képes elektromosságot indukálni. 1831-ben végül sikerrel járt, amikor két dróttekercset tekert egy lágyvasból készült gyűrű ellentétes oldalaira (7. ábra). Az első tekercset egy akkumulátorhoz csatlakoztatta; amikor áram folyt át a tekercsen, a vasgyűrű mágnesessé vált. A második tekercsből egy drótot egy méterrel arrébb lévő iránytűhöz vezettek, elég messze ahhoz, hogy az első áramkörben folyó áram közvetlenül ne érje. Amikor az első áramkört bekapcsolták, Faraday megfigyelte az iránytű pillanatnyi elhajlását, majd azonnali visszatérését eredeti helyzetébe. Amikor az elsődleges áramot kikapcsolták, az iránytű hasonló elhajlása következett be, de ellentétes irányban. Faraday erre a megfigyelésre építve más kísérletekben kimutatta, hogy az első tekercs körüli mágneses tér változásai felelősek a második tekercsben folyó áram indukálásáért. Azt is kimutatta, hogy elektromos áramot lehet indukálni egy mágnes mozgatásával, egy elektromágnes be- és kikapcsolásával, sőt egy elektromos vezetéknek a Föld mágneses terében való mozgatásával is. Néhány hónapon belül Faraday megépítette az első, bár kezdetleges elektromos generátort.

Faraday mágneses indukciós kísérlete

7. ábra: Faraday mágneses indukciós kísérlete. Amikor a primer áramkörben az S kapcsolót bezárjuk, a szekunder áramkörben pillanatnyi áram folyik, ami az M iránytű átmeneti elhajlását eredményezi.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Henry már 1830-ban teljesen függetlenül felfedezte az elektromos indukciót, de eredményeit csak azután publikálta, hogy Faraday 1831-es munkájának hírét megkapta, és a felfedezést sem fejlesztette ki olyan részletesen, mint Faraday. Henry 1832 júliusában megjelent tanulmányában beszámolt az önindukcióról, és helyesen értelmezte azt. Nagy elektromos íveket állított elő egy hosszú spirális vezetőből, amikor azt leválasztotta egy akkumulátorról. Amikor megnyitotta az áramkört, az áram gyors csökkenése nagy feszültséget okozott az akkumulátor kapcsa és a vezeték között. Ahogy a vezeték vezetékét elhúzták az akkumulátortól, az áram rövid ideig fényes ív formájában tovább folyt az akkumulátor kapcsa és a vezeték között.

Faraday gondolkodását áthatotta az elektromos és mágneses erővonalak fogalma. Elképzelte, hogy a mágnesek, az elektromos töltések és az elektromos áramok erővonalakat hoznak létre. Amikor egy vasreszelékkel borított vékony kártyát egy mágnesre helyezett, látta, hogy a vasreszelék láncokat alkot a mágnes egyik végétől a másikig. Úgy vélte, hogy ezek a vonalak mutatják az erők irányát, és hogy az elektromos áramnak is ugyanilyen erővonalakat kell mutatnia. Az általuk felépített feszültség magyarázza a mágnesek és az elektromos töltések vonzását és taszítását. Faraday már 1831-ben megjelenítette a mágneses görbéket, amikor indukciós kísérletein dolgozott; feljegyzéseibe ezt írta: “Mágneses görbék alatt a mágneses erők vonalait értem, amelyeket vasreszelékkel ábrázolnának”. Faraday ellenezte azt az uralkodó elképzelést, hogy az indukció “távolról” következik be; ehelyett úgy vélte, hogy az indukció az egymáshoz kapcsolódó részecskék hatása miatt görbült erővonalak mentén következik be. Később kifejtette, hogy az elektromosság és a mágnesesség olyan közegen keresztül terjed, amely elektromos vagy mágneses “mezők” helyszíne, amelyek minden anyagot bizonyos mértékig mágnesessé tesznek.

Faraday nem volt az egyetlen kutató, aki megalapozta az elektromosság, a mágnesesség és a fizika más területei közötti szintézist. Az európai kontinensen, elsősorban Németországban a tudósok matematikai kapcsolatokat teremtettek az elektromosság, a mágnesesség és az optika között. Franz Ernst Neumann, Wilhelm Eduard Weber és H. F. E. Lenz fizikusok munkássága ebbe az időszakba tartozik. Ugyanebben az időben Helmholtz és az angol fizikusok, William Thomson (a későbbi Lord Kelvin) és James Prescott Joule tisztázták az elektromosság és más energiaformák közötti kapcsolatot. Joule az 1840-es években vizsgálta az elektromos áram és a hő közötti mennyiségi kapcsolatot, és megfogalmazta az elektromosság vezetőkben való áramlását kísérő melegítő hatások elméletét. Helmholtz, Thomson, Henry, Gustav Kirchhoff és Sir George Gabriel Stokes szintén kiterjesztették az elektromos hatások vezetésének és vezetőkben való terjedésének elméletét. 1856-ban Weber és német kollégája, Rudolf Kohlrausch meghatározta az elektromos és a mágneses egységek arányát, és megállapította, hogy az a fényével azonos méretű, és hogy majdnem pontosan megegyezik annak sebességével. Kirchhoff 1857-ben ezt a megállapítást használta fel annak bizonyítására, hogy az elektromos zavarok egy jól vezető dróton a fény sebességével terjednek.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.