Фейнман - 06. Электродинамика (1055669), страница 7
Текст из файла (страница 7)
е. перпендикулярно полю и направлению движения. Сила толкает электроны вдоль проволоки. Но почему >ке при этом приходит в движение стрелка гальванометра, который расположен так далеко от этой силы? Да потому, что электроны, испытывающие магнитную силу, начинают двигаться и толка>от (за счет электрического »а 325« йе и г. 1д.2, Движение провода в магнитном поев согдает ток (вто регистрирует гальванометр). отталкивания) другие электроны, находящиеся чуть дальше по проволоке, а те в свою очередь отталкивают еще более удаленные электроны и так далее на большое расстояние.
Любопытная штука. Это так удивило Гаусса и Вебера, построившего впервые гальванометр, что они попытались определить, как далеко распространяготся силы по проволоке. Они протянули проволоку поперек всего города, и один ее конец Гаусс присоединил к батарее (батареи были известны раньше генераторов), а Вебер наблюдал, ьак сдвигается стрелка гальванометра. И они обнаружили способ передавать сигналы на большое расстояние — это было рождоние телеграфа! Разумеется, здесь нет прямого отношения к индукции, здесь речь шла о способе передачи тока по проволоке, о том, действительно ли ток продвигается за счет индукции или нет.
Предположим теперь, что в установке, изображенной на фиг. $6.2, мы проволоку оставляем в покое, а двигаем магнит. И снова наблюдаем эффект на гальванометре. Фарадей еще обнаружил, что движение магнита под проволокой (один способ) вызывает такой же эффект, как и движение проволоки над магнитом (другой способ). Но когда движется магнит, то на электроны проволоки уже больше не действует сила ч х В. Это и есть то новое явление, которое открыл Фарадей. Сегодня мы можем попытаться понять его с помощью принципа относительности. Мы уже поняли, что магнитное поле магнита возникает за счет его внутренних токов. Поэтому мы ожидаем появления такого же эффекта, если вместо магнита на фнг.
16.2 взять катушку из проволоки, по которой течет ток. Если двигать провод мимо катушки, то гальванометр обнаружит ток, равно, как и в том случае, когда катушка движется мимо провода. Но существует и еще более удивительная вещь: если менять магнитное поле катушки не за счет ее движения, а за счет изменения в ней тока, то гальванометр снова покажет наличие эффекта. Например, если расположить проволочную петлю рядом с катушкой (фиг. 16.3), причем обе они неподвижны, и выключить ток, то через гальванометр пройдет импульс тока. Если же снова включить ток в катушке, то стрелка гальванометра качнется в противоположную сторону. Всякий раз, когда через гальванометр в установке, показанной на фиг. 16.2 или 16.3, проходит ток, в проводе в каком-то одном направлении возникает результативное давление на злектроны.
В разных местах злектроны могут толкнуться в разные стороны, но в одном направлении напор оказывается больше, чем в другом. Учитывать нужно только давление злектронов, просуммированное вдоль всей цепи. Мы называем этот результирующий напор алектронов электродаилсущей силой (сокращенно з. д. с.) цепи. Более точно э. д. с. определяется как тангенциальная сила, приходящаяся на один заряд, проинтегрированная по длине провода, вдоль всей цепи.
Открытие Фарадея целиком состояло в том, что з. д. с. в проводе можно создать тремя способами: двигая провод, двигая магнит вблизи провода или меняя ток в соседнем проводе. Обратимся снова к простому прибору, изображенному на фиг. 16.1, только теперь не будем пропускать ток через проволоку, чтобы придать ей вращение, а будем крутить рамку с помощью внешней силы, например рукой или с помощью водяного колеса. При вращении рамки ее провода движутся в магнитном Ф и г. сб.д.
Катушка с током еоебуждиет ток г другой катушке, если аереая катушка керемещаесасл и.си если ток г кей меилетсл. ральааномааср 35 поле, и мы обнаруживаем в цепи рамки э. д. с. Мотор превратился в генератор. Индуцированная э. д. с. возникает в катушке генератора за счет ее движения. Величина э. д. с. дается простым правилом, открытым Фарадеем. (Сейчас мы просто сформулируем это правило, а несколько позднее разберем его подробно.) Правило такое: если магнитный поток, проходящий через петлю (этот поток есть нормальная составляющая В, проинтегрированная по площади петли), меняется со временем, то э.
д. с. равна скорости изменения потока. Мы будем в дальнейшем называть это «правилом потока». Вы видите, что, когда катушка на фиг. 16.1 вращается, поток через нее изменяется. Вначале, скажем, поток идет в одну сторону, а когда катушка повернется на 180', тот же поток идет сквозь катушку по-другому. Если непрерывно вращать катушку, поток сначала будет положительным, затем отрицательным, потом опять положительным и т.
д. Скорость изменения потока должна тоже меняться. Следовательно, в катушке возникает переменная э. д. с. Если присоединить два конца катушки к внешним проводам через скользящие контакты, которые называются коптактпыыи кольцами (просто, чтобы провода не перекручивались), мы получаем генератор переменного тока. Л можно с помощью скользящих контактов устроить и так, чтобы через каждые пол-оборота соединение между концами катушки и внешними проводамн становилось противоположным, так что когда э. д. с. изменит свой знак, то и соединение станет противоположным.
Тогда импульсы э. д. с. будут всегда толкать ток в одном направлении вдоль внешней цепи. Мы получаем так называемый генсратор постоянного тока. Прибор, изображенный на фиг. 16.1, может быть либо мотором, либо генератором. Связь между моторами и генераторами хорошо демонстрируется с помощью двух одинаковых «моторов» постоянного тока с постоянными магнитами, катушки которых соединены двумя медными проводами. Если ручку одного из «моторов» поворачивать механически, он становится генератором и приводит в движение второй как мотор. Если же поворачивать ручку второго, то генератором уже становится оп, а первый работает как мотор.
Итак, здесь мы встречаемся с интересным примером нового рода эквивалентности в природе: мотор и генератор эквивалентны. Количественная эквивалентность на самом деле не совсем случайна. Она связана с законом сохранения энергии. Другой пример устройства, которое может работать либо для создания э. д. с., либо воспринимать действие э.
д. с., представляет собой приемная часть обычного телефона, т. е. «слухофон». Первоначальный телефон Белла состоял из двух таких «слухофонов», соединенных двумя длинными проводами. деуковое давление Тонкий велении д диск йг и г. 66М. Приемное или передающее устройство телефона.
мягков телего ка ноа щт волоки Постони ныа магнит ф М. лрансЯорлгатпорь««г ындттнтпнвнос«п«г Одна из наиболее интересных сторон открытий Фарадея заключается совсем не в том, что э. д. с. возникает в движущейся катушке, зто мы можем понять с помощью магнитной силы дт Х В. Главное — в том, что изменение тока в одной катушке создает э.
д. с. во второй катушке. И уж совсем удивительно, что величина э. д. с., наведенной во второй катушке, дается тем же самым «правилом потокам э. й. с. равна скорости изменения магнитного потока сквозь км$йгку. Вовьмем, например, 37 Основной принцип этого устройства показан на фиг. 16.4. Постоянный магнит создает магнитное поле в двух сердечниках из мягкого железа и в тонком железном диске-мембране, которая приводится в движение звуковым давлением. При движении мембрана изменяет величину магнитного поля в сердечниках.
Следовательно, поток через катушку проволоки, намотанной вокруг одного из сердечников, изменяется, когда звуковая волна попадает на мембрану. Тогда в катушке возникает з. д. с. Если концы катушки присоединены к цепи, в ней устанавливается ток, который представляет собой электрическое изображение звука. Если концы катушки на фиг, 16.4 присоединить двумя проводами к другому такому же устройству, то по второй катушке потечет меняющийся ток.
Этот ток создаст меняющееся магнитное поле и заставит меняться и силу притяжения железной мембраны. Она начнет дрожать и породит звуковые волны, подобные тем, которые колебали первую мембрану. С помощью маленьких кусочков железа и меди человеческий голос передается по проводам! (Приемники в современных домашних телефонах похожи на только что описанный, а вот передатчики используются уже улучшенные, чтобы получить ббльшую мощность. Это «микрофоны с угольной мембраной», в которых звуковое давление изменяет электрический ток от батарей.) Фие. АХ Дее катушки, намотанные на стопки железных пластинок, поеволяют важечь лампочку, ке соединяя ее прямо с генератором. Гвпвратор пврвмвкпово ав«ра две катушки (фиг. 16.5), каждая из которых намотана на отдельную стопку железных пластинок (с их помощью можно создать более сильные магнитные поля).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
