علماء عظماء. مايكل فارادي. الفيزيائي فاراداي: السيرة الذاتية والاكتشافات
مايكل فارادي: سيرة ذاتية قصيرةواكتشافاته
ولد مايكل فاراداي في نيوينجتون بوتس في 22 سبتمبر 1791.تم تغيير اسم المستوطنة فيما بعد إلى لندن الكبرى. مايكل فاراداي من عائلة صغيرة: الأب والأم كان لهما ابن آخر وابنتان. عائلة صغيرة ووديةأرسل الشاب مايكل إلى مدرسة اضطررت إلى المغادرة للعمل كرسولفي مكتبة لندن. بعد التدرب هناك ، أصبح تجليد كتب متدربًا. لم يكن من الممكن أبدًا الحصول على تعليم كامل ، لكن الشاب فاراداي أظهر شغفًا بالكتب ، والتي كانت بالطبع متوفرة في متجر تجليد الكتب. تذكر العالم فيما بعد كيف قراءة يعمل على الكهرباءتحاول القيام تجارب مستقلة.
دعمت الأسرة مواهب مايكل ، ولكن سرعان ما توفي والده واضطر الشاب إلى الاستقرار في الحياة بمفرده. جاء التحول الوظيفي بعد عام 1810 - مايكل فاراداي حضر بنشاط جمعية المدينة الفلسفية، تمت مشاهدته في محاضرات علمية شهيرة عن الفيزياء ، ومناقشة مع العلماء ، وزار معظمهم أيضًا متجر تجليد الكتب. لاحقاً دعي إلى المعهد الملكي لسلسلة من المحاضراتمما ساعده على تكوين المعارف اللازمة وإثبات نفسه.
في عام 1824 أصبح عضوًا في الجمعية الملكية في لندن.، بعد أن اكتسب شهرة "ملك التجارب". تم الاعتراف بمزايا العالم الشاب من قبل أكاديمية باريس للعلوم. في عام 1825 أصبح رئيسًا لمختبر المعهد الملكي. في عام 1831 يكتشف وجودها الحث الكهرومغناطيسي في سياق تجارب عديدة ، وفي السنوات اللاحقة وضع قانونه الأول.
مايكل فاراداي ، الاكتشافات:
- التيارات الزائدة عند إغلاق الدائرة الكهربائية ؛
- تحديد اتجاه الحركة الكهربائية.
- طاقة حرارية حيوانية ومغناطيسية مثبتة ؛
- اشتقاق المفاهيم: الأنود ، الأيون ، الكاثود ، القطب ، التحليل الكهربائي ، المنحل بالكهرباء ؛
- اخترع الفولتميتر.
- أفكار مثبتة للحفاظ على الشحنات الكهربائية (1843) ؛
- فرضية وحدة قوى الطبيعة والتحول المتبادل ؛
- خلق عقيدة المجال الكهرومغناطيسي.
- درس الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء - "أفكار حول اهتزازات الأشعة" لعام 1846 ؛
- اكتشف ظاهرة النفاذية المغناطيسية (1854) ؛
- اكتشاف البارامغناطيسية (1857) ؛
- التقدم في علم البصريات المغناطيسية ؛
- إصلاح مفهوم الكهرباء حقل مغناطيسي;
بعد اكتشافات ألبرت أينشتاين ، كانت استثمارات مايكل فاراداي في تطوير العلوم من بين أكثر الاستثمارات طموحًا في تاريخ القرن التاسع عشر. على الرغم من الاختراعات المثيرة وإشراق التفكير ، عاش مايكل فاراداي بهدوء شديد ، ربما بعد أن نقل الانسجام الذي اعتاد عليه في الأسرة منذ الطفولة ، لبقية حياته. كان هو وزوجته ممثلاً عن الفرع البروتستانتي "Glasites". توفي مايكل فاراداي في 25 أغسطس 1967 في لندن.تم تخليد مايكل فاراداي باسم كويكب وحفرة قمرية ، بالإضافة إلى وحدة قياس - فاراد.
يقتبس مايكل فاراداي:
- "من المهم أن تعرف كيف تأخذ كل الأشياء بهدوء" ؛
- "كلما زاد عدد الأشياء التي يتعين علي القيام بها ، كلما تعلمت أكثر" ؛
- "حتى أكثر الظواهر معجزة هي حقيقية إذا كانت متوافقة تمامًا مع قوانين الطبيعة" ؛
- "العلم يفوز عندما يفك الخيال بجناحيه" ؛
- "استمر في المحاولة - من يدري ، ربما يكون ذلك ممكنًا ..." ؛
(لا يوجد تقييم)
عند ذكر المجال الكهرومغناطيسي ، لا يسع المرء إلا أن يتذكر الفيزيائي الإنجليزي الشهير مايكل فاراداي (1791-1867). أود أيضًا أن أقول إن مايكل فاراداي كان عضوًا فخريًا أجنبيًا في أكاديمية سان بطرسبرج للعلوم منذ عام 1830. تمكن هذا الفيزيائي أثناء التجارب من تحديد التأثير الكيميائي للتيار الكهربائي ، وكذلك لوصف العلاقة بين التيار الكهربائي والمغناطيسية والمغناطيسية وتدفق الضوء. بين عامي 1833 و 1834 ، أنشأ فاراداي قوانين التحليل الكهربائي التي سميت باسمه. تشمل اكتشافاته البارامغناطيسية والنفاذية المغناطيسية ، فضلاً عن القدرة على تدوير الضوء المستقطب المحاط بمجال مغناطيسي. تشمل مزايا فاراداي إدخال مفاهيم في حياتنا مثل الكهرباء والمجال المغناطيسي ، وكذلك نتيجة تفاعلها - الموجات الكهرومغناطيسية. كان أحد أساتذته الكيميائي الشهير والفيزيائي وأب الكيمياء الكهربائية - همفري ديفي.
مايكل فاراداي (1771-1867)
دعونا نتعلم قليلا عن سيرة فاراداي الشهير. ولد مايكل في 22 أبريل 1771 في عائلة حداد عادي ، وتبع شقيقه الأكبر خطى والده. كانت والدة فاراداي امرأة بسيطة وغير متعلمة ، وعندما جاء الاعتراف العالمي لمايكل ، كانت فخورة بابنها.
الدخل الضئيل لعائلة فاراداي لم يسمح له حتى بالانتهاء المدرسة الثانوية. في سن الثالثة عشر ، كان محظوظًا بما يكفي للحصول على وظيفة في محل لبيع الكتب وورشة تجليد كتب حيث عمل لمدة 10 سنوات. خلال كل هذا الوقت ، علم نفسه بنفسه - قراءة الأدب المتاح و أعمال علميةوبدأ علماء آخرون في الفيزياء والكيمياء بإجراء تجارب مستقلة في المنزل (حسب الأوصاف في الكتب). كما حضر محاضرات في المساء عن الفيزياء وعلم الفلك. ساعده شقيقه الحداد بالمال مقابل المحاضرات (تكلفة المحاضرة الواحدة شلن واحد). في هذه المحاضرات قام بتكوين صداقات جديدة.
المعهد الملكي.
أصبح حضور محاضرات الفيزياء والكيمياء لفارادي أمرًا حاسمًا في حياته اللاحقة. لم يحضرها كمستمع فحسب ، بل قام أيضًا بدمج هذه المحاضرات منطقيًا ، وبعد أن كتب استنتاجاته ، أرسلها إلى المحاضر ، الفيزيائي والكيميائي الشهير همفري ديفي ، الذي كان يعمل في ذلك الوقت في المعهد الملكي. لقد صُدم العالم بالموهبة شابقام بدعوته عام 1813 لمنصب مساعد في المعهد الملكي ، ثم اصطحبه في رحلة إلى المراكز العلميةأوروبا. في هذه الرحلة ، تعرّف فاراداي على عمل بعض المعامل العلمية ، والتقى أيضًا بالعلماء البارزين في ذلك الوقت - أ. أمبير ، إم. شيفريل ، جي إل جاي لوساك وآخرين ، الذين لاحظوا أيضًا القدرات المذهلة للعالم الشاب.
البحث العلمي فاراداي.
مستوحى من رحلته إلى أوروبا ، عاد فاراداي إلى المعهد الملكي في عام 1815 وبدأ بحثه الخاص. وبالفعل في عام 1816 ، بدأ بشكل مستقل في قراءة الدورات العامة في الفيزياء والكيمياء في جمعية التعليم الذاتي. خلال هذه الفترة ، ظهرت أعماله المطبوعة الأولى.
في عام 1821 أصبح فاراداي مشرفًا على مباني ومختبرات المؤسسة الملكية. في هذا الوقت ، تمكن من كتابة ورقتين علميتين: "دوران التيار حول المغناطيس" و "الكلور المختزل". تزوج هذا العام أيضًا وكان سعيدًا بذلك.
في الكيمياء ، تمكن من نشر 40 ورقة علمية حتى عام 1821 ، ولكن بعد ذلك لفتت الكهرومغناطيسية انتباهه. في عام 1820 ، اكتشف هانز أورستد الحركة المغناطيسية للتيار الكهربائي ، والتي أعطت فاراداي المتطلبات الأساسية لدراسة العلاقة بين التيار الكهربائي والمغناطيسية. في عام 1822 ، قدم فاراداي مدخلاً في مذكراته المختبرية: "حوّل المغناطيسية إلى تيار كهربائي". لكن فاراداي لم يعمل فقط خلال هذه الفترة في مجال الفيزياء ، ولم ينس الكيمياء. في عام 1824 ، نجح فاراداي في الحصول على الكلور السائل.
بالفعل في عام 1824 ، تم انتخاب فاراداي عضوًا في الجمعية العلمية الملكية ، على الرغم من بعض المعارضة لديفي. على الرغم من أن ديفي زعم في وقت ما أنه يعتبر فاراداي أهم اكتشافاته ، وكان الأخير يعتبر ديفي عالماً عظيماً.
بعد عام من انتخابه في الجمعية الملكية ، ترأس فاراداي مختبر المعهد الملكي ، وفي عام 1827 أصبح أستاذًا.
الحث الكهرومغناطيسي فاراداي.
في عام 1831 ، اكتشف فاراداي ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، والتي وصفها بأنها ظاهرة ناشئة عن تفاعل مجال كهربائي ومجال مغناطيسي. وضع هذا الاكتشاف الأساس للهندسة الكهربائية الحديثة. لكن فاراداي لم يكن مهتمًا بالإمكانيات التطبيقية له الانجازات العلميةكان أكثر اهتمامًا بقوانين الطبيعة.
محاضرات فاراداي.
بفضل الحث الكهرومغناطيسي ، اشتهر فاراداي. لكنه شعر باستمرار بنقص الأموال ، وبالتالي طلب من الحكومة معاشًا مدى الحياة. في عام 1835 تم تكليفه بهذا البدل. لكن عندما اكتشف أن وزير الاقتصاد فعل ذلك كمنحة لعالم فقير ، كتب له رسالة رفض فيها أي دعم. كان على وزير الاقتصاد أن يعتذر للعالم.
في الفترة من 1833 إلى 1834 ، درس مايكل فاراداي مرور التيار الكهربائي عبر محاليل كيميائية مختلفة: الأحماض والأملاح والقلويات ، والتي أصبحت أساس التحليل الكهربائي. أصبحت اكتشافات فاراداي أساسًا لإنشاء ناقلات شحن منفصلة.
قوض الإجهاد العقلي الهائل صحة فاراداي ، واضطر إلى التوقف عن العمل العلمي في عام 1840. عاد فاراداي إلى العلم فقط في عام 1848 وبدأ في التحقيق في دوران مستوى استقطاب الضوء ، والذي ينتشر في مواد شفافة على طول تأثير المجال المغناطيسي ، والذي كان يسمى تأثير فاراداي. ربط هذا الاكتشاف بين البصريات والكهرومغناطيسية. استندت نظرة فاراداي إلى العالم على العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية والبصريات والظواهر الفيزيائية والكيميائية الأخرى.
في عام 1855 ، أصبح فاراداي أكثر مرضًا وبدأ يفقد ذاكرته. كان عليه تدوين ملاحظات في مجلة المختبر حول كل ما حدث ، حتى يتذكر لاحقًا. مرضه أبعده عن أصدقائه ومعارفه. حتى أنه اضطر إلى التخلي عن محاضراته المفضلة للأطفال.
مزايا فاراداي.
من الصعب حتى قياس مساهمة فاراداي في العلم ، فعمله العلمي واكتشافاته لا تقدر بثمن. كان أول من طرح نظرية مجال في تعاليم الكهرباء والمغناطيسية. المجال الكهرومغناطيسي معروف عمل علميفاراداي.
قانون فاراداي. الحث الكهرومغناطيسي.
وصف جيمس كلارك ماكسويل فاراداي بأنه رجل كان قادرًا على رؤية غير المرئي في المجال الكهرومغناطيسي الذي يسود الفضاء. و V.N. دعا غريغورييف أعمال فاراداي إلى الباب عهد جديدالفيزياء.
صادف 22 سبتمبر 2011 الذكرى الـ 220 لميلاد مايكل فاراداي (1791-1867) ، وهو فيزيائي تجريبي إنجليزي قدم مفهوم "المجال" في العلم ووضع الأسس لمفهوم الواقع المادي للمجالات الكهربائية والمغناطيسية. في الوقت الحاضر ، مفهوم المجال معروف لأي طالب في المدرسة الثانوية. المعلومات الأوليةحول المجالات الكهربائية والمغناطيسية وكيفية وصفها باستخدام خطوط القوة ونقاط القوة والإمكانات وما إلى ذلك ، تم تضمينها منذ فترة طويلة في الكتب المدرسية في الفيزياء. في نفس الكتب المدرسية ، يمكنك أن تقرأ أن الحقل هو شكل خاصتختلف اختلافًا جوهريًا عن المادة. ولكن مع شرح ما يتكون منه هذا "التخصص" بالضبط ، تنشأ صعوبات خطيرة. بطبيعة الحال ، لا يمكن لوم مؤلفي الكتب المدرسية على ذلك. بعد كل شيء ، إذا لم يكن المجال قابلاً للاختزال إلى كيانات أخرى أبسط ، فلا يوجد شيء يمكن تفسيره. تحتاج فقط إلى قبول الواقع المادي للمجال كحقيقة مثبتة تجريبياً وتعلم كيفية التعامل مع المعادلات التي تصف سلوك هذا الكائن. على سبيل المثال ، يدعو ريتشارد فاينمان إلى ذلك في محاضراته ، مشيرًا إلى ذلك العلماء لفترة طويلةحاولوا شرح المجال الكهرومغناطيسي باستخدام نماذج ميكانيكية مختلفة ، لكنهم تخلوا عن هذه الفكرة واعتبروا أن نظام معادلات ماكسويل الشهيرة فقط التي تصف المجال له معنى فيزيائي.
هل هذا يعني أننا يجب أن نتخلى تمامًا عن محاولة فهم ماهية المجال؟ يبدو أن التعرف على أبحاث مايكل فاراداي التجريبية حول الكهرباء ، وهو عمل ضخم من ثلاثة مجلدات ابتكره المجرب اللامع لأكثر من 20 عامًا ، يمكن أن يوفر مساعدة كبيرة في الإجابة على هذا السؤال. هنا يقدم فاراداي مفهوم المجال ويطور خطوة بخطوة فكرة الواقع المادي لهذا الكائن. في الوقت نفسه ، من المهم ملاحظة أن تحقيقات فاراداي التجريبية - أحد أعظم الكتب في تاريخ الفيزياء - مكتوبة بلغة ممتازة ، ولا تحتوي على صيغة واحدة ويمكن لأطفال المدارس الوصول إليها تمامًا.
مقدمة ميدانية. فاراداي ، طومسون وماكسويل
تم تقديم مصطلح "المجال" (بتعبير أدق: "المجال المغناطيسي" ، "مجال القوى المغناطيسية") بواسطة فاراداي في عام 1845 في سياق البحث في ظاهرة النفاذية المغناطيسية (تم أيضًا تقديم المصطلحين "النفاذية المغناطيسية" و "البارامغناطيسية" بواسطة فاراداي) - اكتشف علماء التأثيرتنافر ضعيف بمغناطيس لعدد من المواد. في البداية ، اعتبر فاراداي المجال كمفهوم مساعد بحت ، في الواقع ، شبكة إحداثيات شكلتها مغناطيسية خطوط القوةويستخدم في وصف طبيعة حركة الأجسام بالقرب من المغناطيس. وهكذا ، انتقلت قطع من المواد المغناطيسية ، مثل البزموت ، من مناطق سماكة خطوط القوة إلى مناطق تخلخلها وتم وضعها بشكل عمودي على اتجاه الخطوط.
بعد ذلك بقليل ، في 1851-1852 ، عندما وصف رياضيًا نتائج بعض تجارب فاراداي ، استخدم مصطلح "حقل" أحيانًا من قبل الفيزيائي الإنجليزي ويليام طومسون (1824-1907). أما خالق النظرية حقل كهرومغناطيسيجيمس كليرك ماكسويل (1831-1879) ، ثم في أعماله ، فإن مصطلح "حقل" أيضًا لا يحدث عمليًا في البداية ويستخدم فقط للإشارة إلى ذلك الجزء من الفضاء الذي يمكن فيه اكتشاف القوى المغناطيسية. فقط في العمل "النظرية الديناميكية للحقل الكهرومغناطيسي" المنشور في 1864-1865 ، والذي ظهر فيه نظام "معادلات ماكسويل" لأول مرة وإمكانية وجود موجات كهرومغناطيسيةينتشر الحقل بسرعة الضوء ، ويتم التحدث عنه باعتباره حقيقة فيزيائية.
هذا ، باختصار ، هو تاريخ إدخال مفهوم "المجال" في الفيزياء. يمكن أن نرى منه أن هذا المفهوم كان يعتبر في البداية مفهومًا مساعدًا بحتًا ، يشير ببساطة إلى ذلك الجزء من الفضاء (يمكن أن يكون غير محدود) حيث يمكن اكتشاف القوى المغناطيسية ويمكن تصوير توزيعها باستخدام خطوط القوة. (على المدى " الحقل الكهربائيبدأ استخدامه فقط بعد إنشاء نظرية المجال الكهرومغناطيسي بواسطة ماكسويل.)
من المهم التأكيد على أنه لم يتم اعتبار خطوط القوة المعروفة للفيزيائيين قبل فاراداي ، ولا المجال "المكون" منها (ولا يمكن اعتباره!) من قبل المجتمع العلمي في القرن التاسع عشر حقيقة فيزيائية. محاولات فاراداي للحديث عن مادية خطوط القوة (أو ماكسويل - حول مادية المجال) اعتبرها العلماء غير علمية على الإطلاق. حتى طومسون ، صديق ماكسويل القديم ، الذي قام بنفسه بالكثير لتطوير الأسس الرياضية لفيزياء المجال (كان طومسون ، وليس ماكسويل ، أول من أظهر إمكانية "ترجمة" لغة خطوط قوة فاراداي إلى لغة المعادلات التفاضلية الجزئية) ، دعا نظرية المجال الكهرومغناطيسي "العدمية الرياضية" ولفترة طويلة رفضت الاعتراف بها. من الواضح أن طومسون لا يمكنه التصرف بهذه الطريقة إلا إذا كانت لديه أسباب جدية للغاية للقيام بذلك. وكان لديه مثل هذه الأسباب.
مجال القوة وقوة نيوتن
سبب عدم تمكن طومسون من التعرف على حقيقة خطوط القوة والمجالات بسيط. تُعرَّف خطوط القوة للمجالين الكهربائي والمغناطيسي على أنها خطوط متصلة مرسومة في الفضاء بحيث تشير الظلال إليها عند كل نقطة إلى اتجاهات القوى الكهربائية والمغناطيسية التي تعمل في تلك النقطة. تُحسب مقادير واتجاهات هذه القوى باستخدام قوانين كولوم وأمبير وبيوت سافارت لابلاس. ومع ذلك ، فإن هذه القوانين تستند إلى مبدأ العمل بعيد المدى ، والذي يسمح بإمكانية النقل الفوري لعمل جسم إلى آخر عبر أي مسافة ، وبالتالي استبعاد وجود أي وسطاء ماديين بين الشحنات المتفاعلة والمغناطيس والتيارات.
وتجدر الإشارة إلى أن العديد من العلماء كانوا متشككين في المبدأ القائل بأن الأجسام بطريقة غامضة يمكن أن تتصرف حيث لا توجد. حتى نيوتن ، الذي كان أول من استخدم هذا المبدأ عند اشتقاق قانون الجاذبية الكونية ، اعتقد أن نوعًا ما من الجوهر يمكن أن يوجد بين الأجسام المتفاعلة. لكن العالم لم يرغب في بناء فرضيات حوله ، مفضلاً تطويره النظريات الرياضيةقوانين تستند إلى حقائق ثابتة. فعل أتباع نيوتن الشيء نفسه. ووفقًا لما قاله ماكسويل ، فقد "اجتاحت الفيزياء" حرفياً جميع أنواع الغلاف الجوي غير المرئي والتدفقات الخارجة ، والتي كانت تحيط بالمغناطيسات والشحنات في القرن الثامن عشر بواسطة مؤيدي مفهوم الحركة قصيرة المدى. ومع ذلك ، في فيزياء القرن التاسع عشر ، بدأ الاهتمام بالأفكار التي تبدو منسية إلى الأبد ينتعش تدريجياً.
كانت المشاكل التي نشأت عند محاولة تفسير ظواهر جديدة - في المقام الأول ظاهرة الكهرومغناطيسية - على أساس مبدأ العمل بعيد المدى أحد أهم الشروط المسبقة لهذا الإحياء. أصبحت هذه التفسيرات مصطنعة أكثر فأكثر. لذلك ، في عام 1845 ، عمم الفيزيائي الألماني فيلهلم ويبر (1804-1890) قانون كولوم من خلال إدخال مصطلحات تحدد اعتماد قوة التفاعل فيه. الشحنات الكهربائيةعلى سرعاتهم وتسارعاتهم النسبية. المعنى الماديكان مثل هذا الاعتماد غير مفهوم ، وكانت إضافات ويبر لقانون كولوم بوضوح في طبيعة الفرضية المقدمة لشرح ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.
في منتصف القرن التاسع عشر ، كان الفيزيائيون يدركون بشكل متزايد أنه عند دراسة ظاهرتَي الكهرباء والمغناطيسية ، تبدأ التجربة والنظرية في الحديث باللغة لغات مختلفة. من حيث المبدأ ، كان العلماء على استعداد لقبول فكرة وجود مادة تنقل التفاعل بين الشحنات والتيارات بسرعة محدودة ، لكنهم لم يتمكنوا من قبول فكرة الواقع المادي للمجال. بادئ ذي بدء ، بسبب التناقض الداخلي لهذه الفكرة. الحقيقة هي أنه في فيزياء نيوتن ، يتم تقديم القوة كسبب لتسريع نقطة مادية. قيمته (القوة) تساوي ، كما هو معروف ، حاصل ضرب كتلة هذه النقطة والتسارع. وبالتالي ، يتم تحديد القوة ككمية فيزيائية عند نقطة ووقت عملها. كتب ماكسويل: "يذكرنا نيوتن نفسه ، هذه القوة موجودة فقط ما دامت تعمل ؛ يمكن الحفاظ على عملها ، لكن القوة نفسها على هذا النحو هي في الأساس ظاهرة عابرة.
في محاولة لاعتبار المجال ليس توضيحًا مناسبًا لطبيعة توزيع القوى في الفضاء ، ولكن كجسم مادي ، دخل العلماء في تعارض مع الفهم الأصلي للقوة التي تم بناء هذا الكائن على أساسها. في كل نقطة ، يتم تحديد المجال من خلال حجم واتجاه القوة المؤثرة على جسم الاختبار (الشحنة ، القطب المغناطيسي ، الملف مع التيار). في الواقع ، المجال "يتكون" فقط من القوى ، لكن القوة عند كل نقطة تُحسب على أساس القوانين التي بموجبها لا معنى للحديث عن المجال كحالة أو عملية فيزيائية. إن المجال ، الذي يُنظر إليه على أنه واقع ، يعني حقيقة وجود قوى خارج أي عمل ، والتي تتناقض تمامًا مع التعريف الأصلي للقوة. كتب ماكسويل أنه في الحالات التي نتحدث فيها عن "الحفاظ على القوة" وما إلى ذلك ، سيكون من الأفضل استخدام مصطلح "الطاقة". هذا صحيح بالتأكيد ، لكن ما هي طاقة المجال؟ بحلول الوقت الذي كتب فيه ماكسويل السطور أعلاه ، كان يعلم بالفعل أن كثافة الطاقة ، على سبيل المثال ، مجال كهربائي تتناسب مع مربع شدة هذا المجال ، أي القوة الموزعة في الفضاء مرة أخرى.
يرتبط مفهوم الفعل الفوري عن بعد ارتباطًا وثيقًا بالفهم النيوتوني للقوة. بعد كل شيء ، إذا كان أحد الجسد يعمل على الآخر ، بعيدًا ، وليس بشكل فوري (في الواقع ، يدمر المسافة بينهما) ، فسنضطر إلى النظر في القوة التي تتحرك في الفضاء وتحديد أي "جزء" من القوة يسبب التسارع المرصود وما معنى إذن مفهوم "القوة". أو يجب أن نعترف بأن حركة القوة (أو المجال) تحدث بطريقة خاصة لا تتناسب مع إطار ميكانيكا نيوتن.
في عام 1920 ، في مقال بعنوان "الأثير ونظرية النسبية" ، كتب ألبرت أينشتاين (1879-1955) أنه عند الحديث عن المجال الكهرومغناطيسي كحقيقة ، يجب أن نعترف بوجود كائن مادي خاص لا يمكن تمثيله من حيث المبدأ على أنه يتكون من جسيمات ، ويمكن دراسة سلوك كل منها في الوقت المناسب. وصف أينشتاين لاحقًا إنشاء نظرية المجال الكهرومغناطيسي بأنها أعظم ثورة في وجهات نظرنا حول بنية الواقع المادي منذ عصر نيوتن. بفضل هذه الثورة ، في الفيزياء ، إلى جانب الأفكار حول تفاعل النقاط المادية ، دخلت الأفكار حول الحقول ، كما لو لم تكن قابلة للاختزال في أي شيء آخر.
ولكن كيف كان هذا التغيير في ضوء الواقع ممكنا؟ كيف تمكنت الفيزياء من تجاوز حدودها و "رؤية" ما كان لها من قبل لأن الواقع ببساطة لم يكن موجودًا؟
لعبت تجارب فاراداي العديدة مع خطوط القوة دورًا مهمًا بشكل استثنائي في التحضير لهذه الثورة. بفضل فاراداي ، تحولت هذه الخطوط ، المعروفة جيدًا لدى علماء الفيزياء ، من طريقة لتصوير توزيع القوى الكهربائية والمغناطيسية في الفضاء إلى نوع من "الجسر" ، حيث تمكنوا من اختراق العالم ، الذي هو ، كما كان ، "وراء القوة" ، إلى العالم الذي أصبحت فيه القوى مظاهر لخصائص الحقول. من الواضح أن مثل هذا التحول تطلب نوعًا خاصًا جدًا من المواهب ، موهبة يمتلكها مايكل فاراداي.
مجرب عظيم
ولد مايكل فاراداي في 22 سبتمبر 1791 في عائلة حداد بلندن ، والتي بسبب نقص الأموال ، لم تكن قادرة على تعليم أطفالها. مايكل - الطفل الثالث في الأسرة - لم يكمل و مدرسة ابتدائيةوفي سن الثانية عشرة تم تدريبه في ورشة تجليد كتب. هناك أتيحت له الفرصة لقراءة العديد من الكتب ، بما في ذلك العلوم الشعبية ، لسد الثغرات في تعليمه. سرعان ما بدأ فاراداي في حضور المحاضرات العامة التي عقدت بانتظام في لندن لنشر المعرفة لعامة الناس.
في عام 1812 ، دعا أحد أعضاء الجمعية الملكية في لندن ، الذي استخدم خدمات ورشة تجليد الكتب بانتظام ، فاراداي للاستماع إلى محاضرات ألقاها الفيزيائي والكيميائي الشهير همفري ديفي (1778-1829). أصبحت هذه اللحظة نقطة تحول في حياة فاراداي. أخيرًا تم نقل الشاب بعيدًا عن طريق العلم ، ومنذ أن كانت فترة دراسته في ورشة العمل قد انتهت ، غامر فاراداي بالكتابة إلى ديفي عن رغبته في إجراء بحث ، مع إرفاق ملاحظات مُلزمة بعناية من محاضرات العالم بالحرف. لم يرد ديفي ، الذي كان هو نفسه ابن حفار خشب فقير ، على رسالة فاراداي فحسب ، بل عرض عليه أيضًا منصبًا مساعدًا في المعهد الملكي في لندن. هذه هي الطريقة التي بدأت النشاط العلميفاراداي ، التي استمرت حتى وفاته تقريبًا ، والتي حدثت في 25 أغسطس 1867.
يعرف تاريخ الفيزياء العديد من المجربين البارزين ، ولكن ربما كان فاراداي هو الوحيد الذي أطلق عليه اسم المجرب بحرف كبير. ولا تكمن النقطة فقط في إنجازاته الهائلة ، من بينها اكتشافات قوانين التحليل الكهربائي وظواهر الحث الكهرومغناطيسي ، ودراسة خصائص المواد العازلة والمغناطيسية ، وأكثر من ذلك بكثير. غالبًا ما تم إجراء اكتشافات مهمة بشكل أو بآخر عن طريق الصدفة. من المستحيل قول الشيء نفسه عن فاراداي. لطالما كانت أبحاثه رائعة بسبب انتظامها المذهل وهادفها. لذلك ، في عام 1821 ، كتب فاراداي في مذكراته العملية أنه بدأ في البحث عن علاقة بين المغناطيسية والكهرباء والبصريات. اكتشف أول اتصال بعد 10 سنوات (اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي) ، والثاني - بعد 23 عامًا (اكتشاف دوران مستوي استقطاب الضوء في مجال مغناطيسي).
تحقيقات فاراداي التجريبية في الكهرباء تتكون من حوالي 3500 فقرة ، كثير منها يحتوي على أوصاف لتجاربه. وهذا بالضبط ما رأى فاراداي أنه مناسب للنشر. في "مذكرات" فاراداي متعددة المجلدات ، والتي احتفظ بها من عام 1821 ، تم وصف حوالي 10 آلاف تجربة ، وأجرى العالم العديد منها دون مساعدة أحد. ومن المثير للاهتمام ، في عام 1991 ، عندما عالم علمياحتفل مؤرخو الفيزياء الإنجليز بمرور 200 عام على ولادة فاراداي ، وقرروا تكرار بعض من أشهر تجاربه. ولكن حتى بالنسبة لاستنساخ بسيط لكل من هذه التجارب ، فإن الفريق المتخصصين الحديثيناستغرق ما لا يقل عن يوم عمل.
عند الحديث عن مزايا فاراداي ، يمكننا القول إن إنجازه الرئيسي كان تحويل الفيزياء التجريبية إلى مجال بحثي مستقل ، يمكن أن تكون نتائجه في كثير من الأحيان قبل تطوير النظرية بسنوات عديدة. اعتبر فاراداي رغبة العديد من العلماء في الانتقال بأسرع ما يمكن من البيانات التي تم الحصول عليها في التجارب إلى التعميم النظري غير مثمر للغاية. بدا الأمر أكثر فائدة لفاراداي في الحفاظ على علاقة طويلة الأمد مع الظواهر قيد الدراسة حتى يتمكن من تحليل جميع ميزاتها بالتفصيل ، بغض النظر عما إذا كانت هذه الميزات تتوافق مع النظريات المقبولة أم لا.
وسع فاراداي هذا النهج لتحليل البيانات التجريبية للتجارب المعروفة على محاذاة برادة الحديد على طول خطوط المجال المغناطيسي. بالطبع ، كان العالم يعلم جيدًا أن الأنماط التي تشكل برادة الحديد يمكن تفسيرها بسهولة على أساس مبدأ العمل بعيد المدى. ومع ذلك ، يعتقد فاراداي ذلك هذه القضيةيجب أن ينطلق المجربون ليس من المفاهيم التي ابتكرها المنظرون ، ولكن من الظواهر التي ، في رأيه ، تشهد على وجود في الفضاء المحيط بالمغناطيس والتيارات لحالات معينة جاهزة للعمل. بعبارة أخرى ، تشير خطوط القوة ، وفقًا لفاراداي ، إلى أنه يجب التفكير في القوة ليس فقط كعمل (على نقطة مادية) ، ولكن أيضًا على أنها القدرة على الفعل.
من المهم التأكيد على أن فاراداي ، باتباع منهجيته ، لم يحاول طرح أي فرضيات حول طبيعة هذه القدرة على الفعل ، مفضلاً تراكم الخبرة تدريجياً في سياق العمل بخطوط القوة. تم وضع بداية هذا العمل في دراساته لظواهر الحث الكهرومغناطيسي.
الفتح المطول
في العديد من الكتب المدرسية والكتب المرجعية ، يمكنك أن تقرأ أنه في 29 أغسطس 1831 ، اكتشف فاراداي ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. يدرك مؤرخو العلوم جيدًا أن تأريخ الاكتشافات أمر معقد وغالبًا ما يكون محيرًا للغاية. اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي ليس استثناء. من المعروف من يوميات فاراداي أنه لاحظ هذه الظاهرة في وقت مبكر من عام 1822 أثناء التجارب التي أجريت على دائرتين موصلتين على قلب حديدي ناعم. تم توصيل الدائرة الأولى بمصدر حالي ، والثانية - بجلفانومتر ، والتي سجلت حدوث تيارات قصيرة المدى عند تشغيل التيار أو إيقاف تشغيله في الدائرة الأولى. اتضح لاحقًا أن علماء آخرين لاحظوا ظواهر مماثلة ، لكنهم ، مثل فاراداي في البداية ، اعتبروها خطأ تجريبيًا.
الحقيقة هي أنه بحثًا عن ظاهرة توليد الكهرباء بالمغناطيسية ، كان العلماء يهدفون إلى اكتشاف تأثيرات مستقرة ، على سبيل المثال ، لظاهرة الفعل المغناطيسي للتيار التي اكتشفها أورستد في عام 1818. تم إنقاذ فاراداي من هذا "العمى" الكوني بظروفين. أولا ، الانتباه إلى أي ظواهر طبيعية. في مقالاته ، تحدث فاراداي عن كل من التجارب الناجحة وغير الناجحة ، معتقدًا أن التجربة غير الناجحة (لا تكشف عن التأثير المطلوب) ، ولكن التجربة التي تم تنظيمها بشكل هادف تحتوي أيضًا على بعض المعلومات حول قوانين الطبيعة. ثانيًا ، قبل الاكتشاف بفترة وجيزة ، أجرى فاراداي تجارب كثيرة على تصريفات المكثفات ، مما شحذ انتباهه بلا شك للتأثيرات قصيرة المدى. بالنظر بانتظام في مذكراته (بالنسبة إلى فاراداي كان هذا جزءًا ثابتًا من البحث) ، يبدو أن العالم ألقى نظرة جديدة على تجارب عام 1822 ، وبعد أن أعاد إنتاجها ، أدرك أنه لا يتعامل مع التدخل ، ولكن مع الظاهرة المرغوبة. كان تاريخ هذا الإدراك 29 أغسطس 1831.
ثم بدأ بحث مكثف ، اكتشف خلاله فاراداي ووصف الظواهر الرئيسية للحث الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك حدوث التيارات الحثية أثناء الحركة النسبية للموصلات والمغناطيس. بناءً على هذه الدراسات ، توصل فاراداي إلى استنتاج مفاده أن الشرط الحاسم لحدوث التيارات الحثية هو بالضبط تداخلموصل لخطوط القوة المغناطيسية ، وليس انتقالًا إلى مناطق ذات قوى أكبر أو أقل. في الوقت نفسه ، على سبيل المثال ، حدوث التيار في أحد الموصلات عند تشغيل التيار في موصل آخر قريب ، أوضح فاراداي أيضًا أنه نتيجة عبور الموصل لخطوط القوة: "يبدو أن المنحنيات المغناطيسية تتحرك (إذا جاز التعبير) عبر السلك المستحث ، بدءًا من اللحظة التي تبدأ في التطور ، وحتى اللحظة التي تصل فيها قوة التيار المغناطيسي أعظم قيمة؛ يبدو أنها تنتشر على جانبي السلك ، وبالتالي فهي مرتبطة بالسلك الثابت في نفس الموضع ، كما لو كان يتحرك في الاتجاه المعاكس عبرها.
دعونا ننتبه إلى عدد المرات التي استخدم فيها فاراداي الكلمات "كما لو" في المقطع أعلاه ، وأيضًا إلى حقيقة أنه ليس لديه بعد الصيغة الكمية لقانون الحث الكهرومغناطيسي المألوف لدينا: قوة التيار في دائرة موصلة تتناسب مع معدل التغيير في عدد خطوط القوة المغناطيسية التي تمر عبر هذه الدائرة. تظهر صيغة قريبة من هذا في فاراداي فقط في عام 1851 ، وهي تشير فقط إلى حالة موصل يتحرك في مجال مغناطيسي ثابت. وفقًا لفاراداي ، إذا تحرك موصل في مثل هذا المجال بسرعة ثابتة ، فإن قوة التيار الكهربائي الناتج فيه تتناسب مع هذه السرعة ، وكمية الكهرباء التي يتم ضبطها في الحركة تتناسب مع عدد خطوط المجال المغناطيسي التي يعبرها الموصل.
يرجع تحذير فاراداي في صياغة قانون الحث الكهرومغناطيسي في المقام الأول إلى حقيقة أنه يمكنه استخدام مفهوم خط القوة بشكل صحيح فقط فيما يتعلق بالمجالات الساكنة. في حالة الحقول المتغيرة ، اكتسب هذا المفهوم طابعًا مجازيًا ، والتحفظات المستمرة "كما لو" ، ومتى نحن نتكلمحول خطوط القوة المتحركة تظهر أن فاراداي فهم هذا جيدًا. كما أنه لم يستطع تجاهل انتقادات هؤلاء العلماء الذين أشاروا إليه بأن خط القوة هو ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، كائنًا هندسيًا ، ولا معنى للحديث عن حركته. بالإضافة إلى ذلك ، في التجارب نتعامل مع أجسام مشحونة وموصلات ذات تيار وما إلى ذلك ، وليس مع تجريدات مثل خطوط القوة. لذلك ، كان على فاراداي أن يُظهر أنه عند دراسة بعض فئات الظواهر على الأقل ، لا يمكن للمرء أن يقتصر على النظر في الموصلات الحاملة للتيار ولا يأخذ في الاعتبار المساحة المحيطة بها. لذلك ، في عمل مكرس لدراسة ظاهرة الاستقراء الذاتي ، دون ذكر خطوط القوة على الإطلاق ، يبني فاراداي قصة عن تجاربه بطريقة توصل القارئ نفسه تدريجيًا إلى استنتاج مفاده أن السبب الحقيقي للظواهر المرصودة ليس موصلات مع التيار ، بل شيء يقع في الفضاء المحيط بها.
الميدان مثل هاجس. بحث في ظاهرة الاستقراء الذاتي
في عام 1834 ، نشر فاراداي الجزء التاسع من "التحقيقات التجريبية" ، والذي كان يسمى "حول التأثير الاستقرائي للتيار الكهربائي على نفسه وعلى التأثير الاستقرائي للتيارات بشكل عام". في هذا العمل ، حقق فاراداي في ظاهرة الاستقراء الذاتي ، التي اكتشفها الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري (1797-1878) عام 1832 ، وأظهر أنها تمثل حالة خاصةظواهر الحث الكهرومغناطيسي التي سبق دراستها.
يبدأ فاراداي عمله بوصف لعدد من الظواهر ، والتي تتمثل في حقيقة أنه عند فتح دائرة كهربائية تحتوي على موصلات طويلة أو لفائف مغناطيسية كهربائية ، تحدث شرارة عند نقطة انقطاع الاتصال أو الشعور بصدمة كهربائية إذا تم فصل جهة الاتصال باليد. في الوقت نفسه ، يشير فاراداي ، إذا كان الموصل قصيرًا ، فلا يمكن أن تحدث شرارة أو صدمة كهربائية بأي حيل. وهكذا ، اتضح أن حدوث شرارة (أو تأثير) لا يعتمد كثيرًا على قوة التيار المتدفق عبر الموصل قبل كسر التلامس ، ولكن على طول هذا الموصل وتكوينه. لذلك ، يسعى فاراداي ، أولاً وقبل كل شيء ، إلى إظهار أنه على الرغم من أن السبب الأولي للشرارة هو التيار (إذا لم يكن هناك شرارة على الإطلاق في الدائرة ، فلن يكون هناك بالطبع شرارة) ، فإن قوة التيار ليست ذات أهمية حاسمة. للقيام بذلك ، يصف فاراداي سلسلة من التجارب التي تم فيها زيادة طول الموصل أولاً ، مما أدى إلى تضخيم الشرارة ، على الرغم من ضعف التيار في الدائرة بسبب زيادة المقاومة. ثم يتم لف هذا الموصل بحيث يتدفق التيار عبر جزء صغير منه فقط. في الوقت نفسه ، تزداد القوة الحالية بشكل حاد ، لكن الشرارة تختفي عند فتح الدائرة. وبالتالي ، لا يمكن اعتبار الموصل نفسه ولا قوة التيار فيه سببًا للشرارة ، والتي لا يعتمد حجمها ، كما اتضح ، على طول الموصل فحسب ، بل أيضًا على تكوينه. لذلك ، عندما يتم لف الموصل في لولب ، وكذلك عندما يتم إدخال قلب حديدي في هذا اللولب ، يزداد حجم الشرارة أيضًا.
استمرارًا لدراسة هذه الظواهر ، قام فاراداي بتوصيل موصل قصير مساعد موازٍ لفتحة التلامس ، ومقاومته أكبر بكثير من مقاومة الموصل الرئيسي ، ولكنها أقل من تلك الموجودة في فجوة الشرارة أو جسم الشخص الذي يفتح جهة الاتصال. نتيجة لذلك ، اختفت الشرارة عندما تم فتح التلامس ، وظهر تيار قوي قصير المدى في الموصل الإضافي (يطلق عليه فاراداي تيارًا إضافيًا) ، والذي اتضح أن اتجاهه عكس اتجاه التيار الذي سيتدفق خلاله من المصدر. كتب فاراداي: "هذه التجارب تؤسس فرقًا مهمًا بين التيار الأولي أو المثير ، والتيار الإضافي من حيث الكمية ، والشدة ، وحتى الاتجاه ؛ لقد قادوني إلى استنتاج مفاده أن التيار الإضافي مطابق للتيار المستحث الذي وصفته سابقًا.
بعد طرح فكرة ارتباط الظواهر المدروسة بظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، أعد فاراداي أيضًا عددًا من التجارب البارعة التي تؤكد هذه الفكرة. في إحدى هذه التجارب ، تم وضع ملف مفتوح آخر بجوار ملف متصل بمصدر حالي. عند فصله عن المصدر الحالي ، أعطى الملف الأول شرارة قوية. ومع ذلك ، إذا أغلقت نهايات اللولب الآخر ، اختفت الشرارة عمليًا ، وظهر تيار قصير المدى في اللولب الثاني ، والذي تزامن اتجاهه مع اتجاه التيار في اللولب الأول إذا تم فتح الدائرة ، وكان عكسه إذا كانت الدائرة مغلقة.
بعد أن أنشأ العلاقة بين فئتي الظواهر ، كان فاراداي قادرًا على شرح التجارب التي أجريت سابقًا بسهولة ، أي تضخيم الشرارة عند إطالة الموصل أو لفه أو إدخال قلب حديدي فيه ، إلخ. ولكن إذا تم تمرير نفس التيار عبر سلك يبلغ طوله خمسين قدمًا ، فسيؤدي في السلك المجاور الذي يبلغ طوله خمسين قدمًا ، في لحظة صنع أو كسر التلامس ، إلى تيار أقوى بكثير ، كما لو أن كل قدم إضافية من السلك أضافت شيئًا إلى التأثير الكلي ؛ بالقياس ، نستنتج أن نفس الظاهرة يجب أن تحدث أيضًا عندما يعمل الموصل الموصل في نفس الوقت كموصل يتشكل فيه تيار مستحث. لذلك ، يخلص فاراداي إلى أن زيادة طول الموصل ، وطيها في شكل حلزوني ، وإدخال جوهر فيه يقوي الشرارة. إلى عمل منعطف واحد من اللولب على آخر ، يتم إضافة عمل نواة إزالة المغناطيسية. في الوقت نفسه ، يمكن لمجمل هذه الإجراءات تعويض بعضها البعض. على سبيل المثال ، إذا تم طي سلك طويل معزول إلى نصفين ، فبسبب الإجراء الاستقرائي المعاكس لنصفيه ، ستختفي الشرارة ، على الرغم من أن هذا السلك يعطي شرارة قوية في الحالة المستقيمة. كما أدى استبدال القلب الحديدي بنواة فولاذية ، والذي يتم إزالة المغناطيسية ببطء شديد ، إلى إضعاف الشرارة بشكل كبير.
لذلك ، يقود القارئ من خلال الأوصاف التفصيلية لمجموعات التجارب التي تم إجراؤها ، فاراداي ، دون أن ينبس ببنت شفة عن المجال ، تشكل فيه ، القارئ ، فكرة أن الدور الحاسم في الظواهر قيد الدراسة لا ينتمي إلى الموصلات ذات التيار ، بل إلى حالة من المغنطة التي أنشأتها في الفضاء المحيط ، وبشكل أكثر دقة ، معدل تغير هذه الحالة. ومع ذلك ، فإن مسألة ما إذا كانت هذه الحالة موجودة بالفعل وما إذا كان يمكن أن تكون موضوع دراسات تجريبية ظلت مفتوحة.
مشكلة الواقع المادي لخطوط القوة
تمكن فاراداي من اتخاذ خطوة مهمة في إثبات حقيقة خطوط القوة في عام 1851 ، عندما جاء بفكرة تعميم مفهوم خط القوة. كتب فاراداي: "يمكن تعريف خط القوة المغناطيسي بأنه الخط الذي تصفه إبرة مغناطيسية صغيرة عندما تتحرك في اتجاه أو آخر في اتجاه طولها ، بحيث يظل السهم مماسًا للحركة طوال الوقت ؛ أو بعبارة أخرى ، هذا هو الخط الذي يمكن أن يتحرك على طوله السلك العرضي في أي اتجاه ، وفي الأخير لن تكون هناك رغبة في توليد أي تيار ، بينما عندما يتحرك في أي اتجاه آخر ، توجد مثل هذه الرغبة.
وهكذا تم تحديد خط القوة من قبل فاراداي على أساس قانونين مختلفين (وتفاهمات) لعمل القوة المغناطيسية: تأثيرها الميكانيكي على إبرة مغناطيسية وقدرتها (وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي) على توليد قوة كهربائية. هذا التعريف المزدوج لخط القوة ، كما هو ، "تجسده" ، أعطاه معنى الاتجاهات الخاصة المكتشفة تجريبياً في الفضاء. لذلك ، وصف فاراداي خطوط القوة هذه بأنها "مادية" ، معتقدًا أنه سيكون قادرًا الآن على إثبات واقعها في النهاية. يمكن تمثيل الموصل في مثل هذا التعريف المزدوج على أنه مغلق ومنزلق على طول خطوط القوة بحيث لا يتخطى الخطوط ، كونه مشوهًا باستمرار. هذا الموصل سوف يفرد "عدد" معين من الخطوط التي يتم الاحتفاظ بها عندما تكون "سميكة" أو "مخلخلة". يمكن اعتبار هذا الانزلاق للموصل في مجال القوى المغناطيسية دون ظهور تيار كهربائي فيه دليلاً تجريبيًا على الحفاظ على عدد خطوط القوة أثناء "انتشارها" ، على سبيل المثال ، من قطب المغناطيس ، وبالتالي كدليل على حقيقة هذه الخطوط.
بالطبع ، من المستحيل عمليا تحريك موصل حقيقي بحيث لا يعبر خطوط القوة. لذلك ، أثبت فاراداي الفرضية حول الحفاظ على عددهم بشكل مختلف. دع المغناطيس مع القطب N والموصل ا ب ت ثتقع بحيث يمكن تدويرها بالنسبة لبعضها البعض حول المحور إعلان(الشكل 1 ؛ رسم مؤلف المقال بناءً على رسومات فاراداي). في هذه الحالة ، جزء من الموصل إعلانيمر عبر الفتحة الموجودة في المغناطيس ولديه اتصال مجاني عند النقطة د. يتم إجراء اتصال مجاني وعند هذه النقطة ج، لذلك المؤامرة قبل الميلاديمكن أن تدور حول المغناطيس دون كسر الدائرة الكهربائية المتصلة في النقاط أو ب(أيضًا عن طريق انزلاق الملامسات) إلى الجلفانومتر. موصل قبل الميلادمع دوران كامل حول المحور إعلانيتقاطع مع جميع خطوط القوة المنبعثة من قطب المغناطيس N. والآن دع الموصل يدور بسرعة ثابتة. ثم مقارنة قراءات الجلفانومتر في مواضع مختلفة للموصل الدوار ، على سبيل المثال ، في الموضع ا ب ت ثو حامل ا ب ت ث، عندما يعبر الموصل لدورة كاملة مرة أخرى جميع خطوط القوة ، ولكن بالفعل في أماكن تخلخلها الأكبر ، يمكن العثور على أن قراءات الجلفانومتر هي نفسها. وفقًا لفاراداي ، يشير هذا إلى الحفاظ على عدد شرطي معين من خطوط القوة ، والتي يمكن أن تميز القطب الشمالي للمغناطيس (كلما كان هذا "الرقم" أكبر ، كان المغناطيس أقوى).
بالتناوب في تركيبته (الشكل 2 ؛ رسم فاراداي) ليس موصلًا ، بل مغناطيسًا ، توصل فاراداي إلى استنتاج مفاده أن عدد خطوط القوة في المنطقة الداخلية للمغناطيس محفوظ. في الوقت نفسه ، يعتمد تفكيره على افتراض أن خطوط القوة ليست مغروسة بمغناطيس دوار. تظل هذه الخطوط "في مكانها" بينما يدور المغناطيس بينها. في هذه الحالة ، يكون التيار في المقدار هو نفسه عندما يدور الموصل الخارجي. يشرح فاراداي هذه النتيجة بالقول إنه على الرغم من أن الجزء الخارجي للموصل لا يعبر الخطوط ، إلا أنه الجزء الداخلي (قرص مضغوط) ، بالتناوب مع المغناطيس ، يتقاطع مع جميع الخطوط التي تمر داخل المغناطيس. إذا تم إصلاح الجزء الخارجي للموصل وتدويره مع المغناطيس ، فلن يحدث تيار. هذا يمكن ايضا ان يفسر في الواقع ، يتقاطع الجزءان الداخلي والخارجي من الموصل مع نفس عدد خطوط القوة الموجهة في نفس الاتجاه ، وبالتالي فإن التيارات المستحثة في كلا الجزأين من الموصل تلغي بعضها البعض.
تبع ذلك من التجارب أن خطوط القوة داخل المغناطيس لا تنتقل من القطب الشمالي إلى الجنوب ، بل بالعكس ، وتشكل منحنيات مغلقة بخطوط قوة خارجية ، مما سمح لفارادي بصياغة قانون حفظ عدد خطوط القوة المغناطيسية في الفضاء الخارجي والداخلي. المغناطيس الدائم: "من خلال هذا التوزيع المذهل للقوى ، والذي يتم الكشف عنه بواسطة موصل متحرك ، فإن المغناطيس يشبه تمامًا الملف الكهرومغناطيسي ، سواء في حقيقة أن خطوط القوة تتدفق في شكل دوائر مغلقة ، وفي مساواة مجموعها في الداخل والخارج." وهكذا ، فإن مفهوم "عدد خطوط القوة" قد حصل على حقوق المواطنة ، والتي بسببها اكتسبت صياغة قانون تناسب القوة الدافعة الكهربائية للتحريض مع عدد خطوط القوة التي يعبرها الموصل لكل وحدة زمنية معنى ماديًا.
ومع ذلك ، اعترف فاراداي بأن نتائجه ليست الدليل النهائي على حقيقة خطوط القوة. بالنسبة لمثل هذا الدليل ، كتب ، من الضروري "تحديد نسبة خطوط القوة إلى الوقت" ، أي إظهار أن هذه الخطوط يمكن أن تتحرك في الفضاء بسرعة محدودة ، وبالتالي يمكن اكتشافها بأي طرق فيزيائية.
من المهم التأكيد على أن مشكلة "خطوط القوة المادية" لا علاقة لها بمحاولات فاراداي للكشف المباشر عن خطوط القوة العادية. منذ اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي ، اعتقد فاراداي أن كلاً من خطوط القوة العادية وقوانين الكهرومغناطيسية هي مظاهر لبعض خصائص خاصةالمادة ، حالتها الخاصة ، والتي أطلق عليها العالم Electrotonic. في الوقت نفسه ، كان السؤال عن جوهر هذه الحالة وعلاقته بأشكال المادة المعروفة مفتوحًا ، كما اعتبر فاراداي: "ما هي هذه الحالة وما الذي تعتمد عليه ، لا يمكننا أن نقول الآن. ربما يكون بسبب الأثير ، مثل شعاع الضوء ... ربما هو حالة توتر ، أو حالة اهتزاز ، أو حالة أخرى مماثلة التيار الكهربائي، التي ترتبط بها القوى المغناطيسية ارتباطًا وثيقًا. ما إذا كان وجود المادة ضروريًا للحفاظ على هذه الحالة يعتمد على المقصود بكلمة "مادة". إذا كان مفهوم المادة مقصورًا على المواد الثقيلة أو الجاذبة ، فإن وجود المادة لا يقل أهمية عن الخطوط الفيزيائية للقوة المغناطيسية كما هو الحال بالنسبة لأشعة الضوء والحرارة. ولكن إذا قبلنا ، بالاعتراف بالأثير ، أن هذا نوع من المادة ، فقد تعتمد خطوط القوة على أي من أفعاله.
كان هذا الاهتمام الشديد الذي أولاه فاراداي لخطوط القوة يرجع في المقام الأول إلى حقيقة أنه رآها كجسر يؤدي إلى نوع ما تمامًا. عالم جديد. ومع ذلك ، كان من الصعب حتى على مجرب لامع مثل فاراداي عبور هذا الجسر. في الواقع ، لم تسمح هذه المشكلة بحل تجريبي بحت على الإطلاق. ومع ذلك ، يمكن للمرء أن يحاول الاختراق رياضيًا في الفراغ بين خطوط القوة. هذا بالضبط ما فعله ماكسويل. له معادلات مشهورةأصبحت الأداة التي جعلت من الممكن اختراق الفجوات غير الموجودة بين خطوط قوة فاراداي ، ونتيجة لذلك ، لاكتشاف واقع مادي جديد هناك. لكن هذه قصة أخرى - قصة المنظر العظيم.
يشير هذا إلى كتاب R. Feynman و R. Leighton و M. Sands "Feynman Lectures on Physics" (M: Mir ، 1967) ( ملحوظة. إد.)
نُشر المجلد الأول من هذا الكتاب بالترجمة الروسية عام 1947 ، والثاني عام 1951 ، والثالث عام 1959 في سلسلة كلاسيكيات العلوم (موسكو: Izdatelstvo AN SSSR). ( ملحوظة. إد.)
في عام 1892 ، حصل ويليام طومسون على لقب "اللورد كلفن" لعمله الأساسي في مناطق مختلفةالفيزياء ، على وجه الخصوص ، مد الكابلات عبر الأطلسي التي تربط إنجلترا والولايات المتحدة.
تاريخ الميلاد: 22 سبتمبر 1791
تاريخ الوفاة: 25 أغسطس 1867
مكان الميلاد: pos. نيوينجتون بوتس ، لندن
مايكل فارادي- عالم. مايكل فارادي(مايكل فاراداي) ، عالم إنجليزي درس العلوم عند تقاطع الفيزياء والكيمياء. أصبحت رائدة في مجال المجالات الكهرومغناطيسية.
رأى مايكل الضوء لأول مرة في سبتمبر 1791 في ضواحي لندن. لم تكن الأسرة مزدهرة - عمل الأب جيمس حدادًا. على الرغم من الأصل غير الأرستقراطي ، فقد انجذب عالم المستقبل إلى المعرفة منذ سن مبكرة. لسوء الحظ ، في سن 13 ، ترك المدرسة في محاولة لكسب المال. أولاً مكان العملكان مايكل في الخارج يسلم المطبوعات.
سرعان ما تمكن جيمس من الدخول إلى محل لبيع الكتب كمتدرب. حتى ذلك الحين ، كان أكثر اهتمامًا بالكتب المتعلقة بالكيمياء أو الفيزياء. حاول عالم المستقبل على الفور وضع ما قرأه في هذه الكتب موضع التنفيذ - أجرى تجارب مختلفة. ساعد الأب والأخ قدر استطاعتهم. كان الدعم معنويًا وماليًا. لم تكن الأسرة ضد المختبر المنزلي ، حيث استمرت التجارب. شارك فاراداي نتائجهم مع المجتمع الحضري ، حيث أجريت مناقشات حول مشاكل الفيزياء وعلم الفلك والفلسفة.
في عام 1812 ، حدث حدث ضئيل ، بدأ منه ، في الواقع ، العد التنازلي لمسيرة فاراداي العلمية الحقيقية. في ورشة الكتاب حيث تعمل الموهبة الشابة ، ظهر عالم في يوم من الأيام. نظرًا لاهتمامه بالعلوم الدقيقة ، أعطى العالم تذكرة لمايكل.
أعطت التذكرة الحق في حضور محاضرات النجم جي ديفي في مجال الكيمياء. لم يحضر فاراداي هذه المحاضرات فحسب ، بل قام بتدوينها وفكر مليًا فيها. في الوقت نفسه ، قرر فاراداي اتخاذ خطوة أكثر جدية - كتب رسالة إلى المحاضر يطلب فيها وظيفة. تفاجأ ديفي بمعرفة الشاب ، لكنه لم يستطع توفير العمل في ذلك الوقت.
بعد بضعة أشهر ، تم فتح المنصب الشاغر ، ودخل فاراداي إلى المختبر كموظف. هناك يشعر وكأنه سمكة في الماء ، يجري البحوث والتجارب بلا كلل. والنتيجة ليست طويلة - يصنع مايكل البنزين ويتلقى الكلور المسال. كما بدأ في إلقاء المحاضرات.
في عام 1821 أول نموذج التشغيل محرك كهربائي. من السهل تخمين أن فاراداي كان مؤلفها. على مدى السنوات العشر القادمة ، كان العالم يدرس تفاعل المجالات المغناطيسية والكهربائية. يرى ديفي نجاح تلميذه. ربما أصبحت الغيرة منهم سبب توتر العلاقات بين العلماء.
يواصل فاراداي عمله غير الأناني. يصف الحث الكهرومغناطيسي. اليوم ، تعمل العديد من المولدات الحالية على أساس المبادئ التي اكتشفها العلماء في القرن الثامن عشر.
كما يجري العمل على مستوى العلوم. اندمجت الفيزياء والكيمياء في واحدة اكتشفه فارادايقوانين التحليل الكهربائي. الآن تم تسمية هذه القوانين على اسم العالم.
مُلهمًا ، يجري العالم تجارب جديدة ويكتشف نفاذية المغناطيسية ، ويصوغ "مفهوم المجال".
فجأة ظهرت مشاكل في الذاكرة. يتم تقديم العمل والمحاضرات إلى Faraday بصعوبة كبيرة. يحاول العمل في قصر مخصص له بالقرب من لندن.
في أغسطس 1867 توفي العالم. حدث ذلك في مكتبه.
إنجازات مايكل فاراداي:
اكتشف M. Faraday عددًا من القوانين الأساسية في الفيزياء والكيمياء ، مما أعطى قوة دفع للاكتشافات اللاحقة. مع حفظه ، تعمل العديد من الآليات الكهرومغناطيسية حاليًا.
كان في أصول الاكتشاف من الفولاذ المقاوم للصدأ.
يحقق دوران المغناطيس حول الموصل الذي يتم تنشيطه. لقد كان نموذجًا أوليًا لمحرك كهربائي.
تعتمد جميع تقنيات تسييل الغاز على تجارب فاراداي.
المولدات الحالية هي آليات معدلة على أساس الحث الكهرومغناطيسي.
قدم العديد من المصطلحات الكيميائية والفيزيائية
.
تواريخ من سيرة مايكل فاراداي:
ولد 22 سبتمبر 1791 في نيوننجتون بوتس.
بدأ عام 1813 العمل كمساعد مختبر في مختبر كيميائي.
1816 عمل لأول مرة كمحاضر.
اكتشف 1820 طريقة لإنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ.
1824 تلقى الكلور السائل من الغازية.
1825 سداسي الكلور المركب
1833 أستاذ فولر في المعهد الملكي. اخترع الفولتميتر. اكتشف وصياغة قوانين التحليل الكهربائي.
اكتشف عام 1845 "تأثيرات فاراداي" ، نفاذية المغناطيسية.
اكتشف 1847 ظاهرة البارامغناطيسية.
1852 ، "مفهوم المجال" تم وصفه وصياغته لأول مرة.
1855 ظهور مرض مرتبط بفقدان الذاكرة.
25 أغسطس 1867 - توفي في قصر هامبتون كورت.
حقائق مثيرة للاهتمام لمايكل فاراداي:
لم يكمل دراسته في المدرسة ، ولم يتلق حتى التعليم الثانوي.
مثل العديد من الأشخاص الموهوبين ، كنت مهتمًا بذلك اتجاهات مختلفةالعلم والفن. كان على قدم وساق مع سي ديكنز.
ينسب ليس فقط الخصائص الفيزيائيةمغناطيس الجيب. حملها معه في كل مكان ، على أمل أن يجلب الحظ السعيد.
قبلته 72 جمعية علمية متنوعة كعضو كامل العضوية.
شارك في محاضرات عامة ، ولم يلغِ خطابه أبدًا في أي منها.
كان ينتمي إلى طائفة أصرت على التفسير الحرفي للكتاب المقدس.
