Явление электронной индукции

Содержание:

1. введение.
2. основная часть.

1.явление электромагнитной  индукции.

а. основные понятия.

б. некоторые экспериментальные факторы.

2. принцип эквивалентности.

3. явление радиоактивности.

4.концепция необратимости  и термодинамика.

5. принцип глобального  эволюционизма.

а. антропный принцип с позиции глобального эволюционизма.

(3) список литературы.

Введение:

Использование новых информационных технологий в учебном процессе стало  не только возможным, но и необходимым  условием для полноценного получения  знаний. Современные средства новых  информационных технологий позволяют  провести исследования физических процессов  в виртуальном режиме, строить  графики, проводить сравнение, анализировать  полученные данные. Компьютер со специальной  программой помогает студенту провести опыты в виртуальном режиме, обработать результаты, реально увидеть происходящие физические процессы с их графическим  отображением в тех опытах, когда  невозможно увидеть при реальной монтажной схеме во время проведения эксперимента.

Истоки принципа эквивалентности  тяжелой и инертной масс (ПЭ) восходят к исследованиям Галилея, который  получил экспериментальные и  нашел логические обоснования следующему результату: ускорение пробного тела в процессе свободного падения (в отсутствие трения) не зависит ни от веса тела, ни от его состава и внутреннего строения. Со временем данное положение обрело значение фундаментального физического принципа, постулирующего эквивалентность (строгое равенство) величин инертной и гравитационной масс для любых пробных тел и частиц.

Изучение радиоактивности  имеет большое значение для исследования структуры и свойств веществ. Лишь после открытия радиоактивности  стало возможным превращение  одних хим. элементов в другие, синтез ядер элементов, не существовавших на Земле. Изучение радиоактивности  значительно расширило перспективы  энергетики, привело к созданию ядерной  энергетики, ядерного оружия. Радиоактивность  нашла применение в с. х-ве, медицине и т.д. Вместе с тем перед человечеством возник целый ряд новых сложных проблем, связанных с предотвращением вредного воздействия излучения на живые организмы. Открытие радиоактивности привело к рождению новой физики, позволившей понять структуру атома и атомного ядра, и послужило воротами в странный и гармоничный квантовый мир элементарных частиц.

В XIX веке к числу свойств  частиц стали прибавлять электрический  заряд. И хотя масса, как считалось, была у всех частиц, а заряд - только у некоторых, обладание электрическим  зарядом было признано таким же фундаментальным, важнейшим их свойством, как и  масса.

  
            Английский химик и физик Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие электромагнитного поля. Ему удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе существует еще и поле.

Одна из важнейших идей европейской цивилизации идея развития мира. В своих простейших и неразвитых формах (преформизм, эпигенез, кантовская космогония) она начала проникать в естествознание еще в XVIII в., но уже XIX в. по праву может быть назван веком эволюции. Сначала в геологии, затем биологии и социологии теоретическому моделированию развивающихся объектов стали уделять все большее и большее внимание.

 Только к концу XX в. естествознание нашло теоретические  и методологические средства  для создания единой модели  универсальной эволюции, выявления  общих законов природы, связывающих  в единое целое происхождение  Вселенной, возникновение Солнечной  системы и нашей планеты Земля, возникновение жизни и, наконец, возникновение человека и общества.

 

 

 

 

 

 

 

 

Явление электромагнитной индукции.

Электромагнитной индукцией называется возникновение электродвижущей  силы в проводнике при его перемещении  в магнитном поле либо в замкнутом  проводящем контуре вследствие его  движения в магнитном поле или  изменении самого поля. 

В 1821г. М. Фарадей записал в своем  дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет эта задача была им решена.

Не случайно первый, решающий шаг  в открытии новых свойств электромагнитных взаимодействий сделан основоположником представлений об электромагнитном поле М. Фарадеем, который был уверен в единой природе электрических  и магнитных явлений. Благодаря  этому он и сделал открытие, вошедшее в основу устройства генераторов  всех  электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию  электрического тока.

Явление электромагнитной индукции, заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитного поля,  либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции пронизывающий контур, меняется. Это явление было открыто 29 августа 1831 г. Редкий случай, когда дата нового замечательного открытия известна так точно.

Сначала Фарадеем была открыта электромагнитная индукция в неподвижных относительно друг другу проводниках при замыкании  и размыкании цепи. Затем, ясно понимая, что сближение или удаление проводников с током должно приводить к тому же результату, что и замыкание и размыкание цепи, Фарадей с помощью опытов доказал: ток возникает при перемещении катушек относительно друг друга. Знакомый с трудами Ампера, Фарадей понимал, что магнит-это совокупность маленьких токов, циркулирующих в молекулах. 17 октября, как зарегистрировано в его лабораторном журнале, был обнаружен индукционный ток в катушке во время введения (или удаления) магнита.

В течении одного месяца Фарадей опытным путем установил все главные особенности явления электромагнитной индукции. В настоящее время опыт Фарадея может проводить каждый. 

  Всемирную славу Фарадею принесли его задачи по физике об электрических исследованиях. Открытие Эрстеда (магнитное действие тока) взволновало ученых Королевского института. Фарадей, заинтересовавшись новым открытием, тщательно изучил литературу по этому вопросу и выступил в 1821 —1822 гг. со статьей «Опыт истории электромагнетизма». Статья Эрстеда подсказывала мысль о наличии вращения вокруг тока. Фарадей, придя к ней самостоятельно, стал думать о том, как экспериментально обнаружить его. Ему удалось обеспечить действие тока лишь на один из полюсов магнита и с помощью ртутного контакта осуществить непрерывное вращение магнита вокруг проводника с током. Этот первый электродвигатель заработал у Фарадея в декабре 1821 г. Тогда же Фарадей записал в своем дневнике задачу: превратить магнетизм в электричество. Решение этой задачи потребовало около десяти лет.

С, ноября 1831 г. Фарадей начал систематическую  публикацию своих исследований по электричеству, составивших трехтомный труд под  заглавием «Экспериментальные исследования по электричеству».Решение задач по физике было делом жизни Фарадея. В первой серии, датированной 24 ноября 1831 г. содержались следующие разделы: об индукции электрических токов, об образовании электричества и магнетизма, о новом электрическом состоянии материи, объяснение магнитных явлений Араго, описаны основные опыты Фарадея по электромагнитной индукции. В первом опыте, с помощью которого и было открыто новое явление, Фарадей использовал деревянный цилиндр, на который были намотаны две изолированные друг от друга обмотки. Одна из них была соединена с гальванической батареей, другая  с гальванометром. При замыкании и размыкании тока в первой обмотке стрелка гальванометра во второй обмотке отклонялась при замыкании тока в одну сторону, при размыкании  в противоположную. Действие одной цепи электрического тока на другую Фарадей назвал вольта - электрической индукцией.

Вольта - электрическая индукция усиливалась, если внутрь обмотки помещали железо. Фарадей устроил индукционный прибор в виде железного кольца (тора), на которое были намотаны две изолированные обмотки первичная с источником тока и вторичная с гальванометром. Кольцо Фарадея было первой моделью трансформатора. Затем Фарадей получил индукционные действия с помощью обыкновенных магнитов. Явления эти Фарадей назвал магнитоэлектрической индукцией. Фарадей считал, что проводник, подвергающийся индукционному воздействию со стороны другого тока или магнита, находится в особом состоянии, которое он назвал электротоническим. Это название не удержалось в науке, но именно отсюда началось исследование Фарадеем роли среды в электромагнитных взаимодействиях.

Существенно, что Фарадей, отмечая  переменный характер процесса индукции, говорит об «индуцированной волне  электричества». Несколькими месяцами позже, 12 марта 1832 г., он фиксировал результаты своих наблюдений над временным  характером индукционных явлений в  специальном письме, озаглавленном  «Новые воззрения, подлежащие в настоящее  время хранению в запечатанном конверте в архивах Королевского общества». В этом замечательном письме, обнаруженном в архивах лишь спустя 106 лет, т. е. в 1938 г., содержится совершенно определенный вывод, «что на распространение магнитного взаимодействия требуется время», что  действие одного магнита на другой «распространяется от магнитных  тел постепенно и для своего распространения  требует определенного времени».

Фарадей указывает, «что электрическая  индукция распространяется точно таким  же образом», и считает «возможным применить теорию колебаний к  распространению электрической индукции». Процесс распространения индукции похож «на колебания взволнованной водной поверхности или же на звуковые колебания частиц воздуха». Фарадей пишет, что он хотел бы проверить свои идеи экспериментально, но ввиду занятости решил передать свое письмо на хранение, чтобы закрепить за собой открытие фиксированной датой. Он указывает, что «в настоящее время, насколько мне известно, никто из ученых, кроме меня, не имеет подобных взглядов». Поразительна интуиция Фарадея, позволившая ему вскоре после открытия электромагнитной индукции прийти к идее электромагнитных волн. Он совершенно прав, считая эту идею чрезвычайно важной и утверждая свой приоритет в специальном письме, датированном точной датой.

Вполне понятны Работы Фарадея  о приоритете. В конце раздела  «Об электротоническом состоянии» он упоминает о претензиях на приоритет в открытии индукции со стороны Френеля и Ампера. К открытию независимо от Фарадея пришел и Генри. После публикации Фарадея многие физики осознали, что они наблюдали в своих экспериментах по магнитному действию токов аналогичные явления. Открытие «носилось в воздухе». В истории науки действует закон созревания открытий: наступает время, когда открытие должно быть сделано, оно созрело. Так было с законом тяготения, с открытием математического анализа, так было и с законом индукции.

Фарадей объясняет явление, открытое Араго. Магнитная стрелка, помещенная под плоскостью медного диска, приходит во вращение, когда диск вращается. Точно так же при вращении магнита приходит во вращение подвешенный над ним медный диск. Фарадей объяснил это открытое Араго загадочное явление действием электромагнитной индукции и указал, что эффект Араго дает возможность получить «новый источник электричества».

Между полюсами магнита вращался медный диск. Скользящие контакты у периферии  и центра диска отводили генерируемый при вращении диска ток к цепи, содержащей гальванометр. «Этим было показано, пишет Фарадей, что можно  создать постоянный ток электричества  при помощи обыкновенных магнитов». Фарадей в этом опыте сконструировал униполярную динамо-машину. Варьируя опыты с получением индукционного  тока вращением проводников или  магнитов, Фарадей приходит к важному  выводу: «Все эти результаты, пишет  он, доказывают, что способность  индуцировать токи проявляется по окружности вокруг магнитной равнодействующей или силовой оси точно так, как расположенный по окружности магнетизм возникает вокруг электрического тока и им обнаруживается». Эту установленную  Фарадеем связь между электричеством и магнетизмом Максвелл позднее выразил математически. Установленный Фарадеем факт, что электродвижущая сила индукции возникает при изменении магнитного потока (замыкании, размыкании, изменении тока в индуцирующих проводниках, приближении и удалении магнита и т. д.), Максвелл выразил равенством.

              Основные понятия

Поток магнитной  индукции (магнитный поток).

 Элемент произвольной  поверхности можно представить  как вектор DS , численно равный площади элемента поверхности DS и направленный по нормали к поверхности.

По определению потоком магнитной индукции через элемент поверхности DS называется скалярное произведение вектора магнитной индукции B на вектор DS :

Пользуясь наглядной картиной силовых линий поля, можно сказать, что магнитный поток равен  числу силовых линий вектора  магнитной индукции, проходящих под  прямым углом через площадку DS .

         

Размерность магнитного потока: [Ф] = Тл/м ²  = Вб (вебер) .

Величина магнитного потока через какую-то поверхность может  меняться со временем по двум причинам:

1. если меняется величина  магнитной индукции, т.е. B = B(t) ;

2. если меняется площадь  поверхности, через которую проходят  силовые линии магнитного поля, т.е. S = S(t) .

        Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции состоит в том, что любое изменение магнитного потока Ф, пронизывающего замкнутый контур, вызывает появление индукционного тока в контуре.

          

 

                 

  

 

Согласно правилу Ленца: индукционный ток имеет такое направление, чтобы создаваемое им магнитное поле препятствовало изменению магнитного потока.

Электронный механизм ЭДС индукции

      

На рисунке изображена рамка с подвижной стороной. Магнитное поле направлено от нас. Тянем подвижную сторону со скоростью . На заряд +q действует сила Лоренца