La naissance des machines électriques un commentaire sur « recherches expérimentales Faraday (1832) en
Mots-clés: électromagnétisme, induction, dynamo, moteur électrique
1. Electromagnétisme avant Faraday
En particulier, il était la relation entre confusion électricité et le magnétisme qui le fascine de nombreux scientifiques. En effet, il a été soutenu par certains qu'il n'y avait aucun lien entre les deux phénomènes, bien qu'il ait été connu depuis le milieu du XVIIIe siècle, par exemple, ont créé certains effets foudres magnétiques.
Un compte de # X000d8, la découverte de rsted vient dans une lettre son collègue Christopher Hansteen a écrit à Michael Faraday plusieurs années plus tard:
# X000d8; interprétation originale de rsted était que les effets magnétiques produits par le courant à travers le fil vers l'extérieur rayonnées de la même manière que la chaleur ou la lumière ne. Mais après l'expérimentation plus loin, il a montré que, en fait, le champ magnétique produit encerclée autour du fil (même si bien entendu, personne ne pense encore en termes de champs).
Amp # x000e8; re et # X000d8; rsted avait montré que, en quelque sorte, l'électricité pourrait être converti en magnétisme, mais ils et d'autres avaient échoué à faire l'inverse: pour créer de l'électricité du magnétisme.
2. Début de la vie
Michael Faraday est né en 1791 à Newington Butts, maintenant dans le sud de Londres, mais pas plus d'un village du Surrey rural. Il était le fils d'un forgeron qui avait déplacé vers le bas de Cumbria dans le nord-Angleterre juste avant Michael est né. Sa famille ne sont pas bien au large et Faraday a reçu une éducation de classe ouvrière typique, qu'il compense en lisant tous les livres qu'il pouvait mettre la main, une passion qu'il nourri en devenant un apprenti relieur et libraire à l'âge de 14 ans . sa fascination croissante avec la science a conduit, en 1812, à un événement qui allait changer sa vie et le cours de l'histoire humaine: un gentil client de la librairie a offert aux jeunes billets Faraday à assisté à une série de conférences données par le grand Humphry Davy à l'Institution royale, qui avait été fondée quelques années plus tôt. Quand il a présenté Davy avec les nombreuses notes qu'il avait prises au cours des conférences du grand homme a été tellement impressionné qu'il a pris comme son assistant de laboratoire. 3 L'année suivante, Faraday a voyagé avec Davy en Europe où il aurait vu et entendu un grand nombre de penseurs de l'époque [4]. Quand, en 1820, il a entendu parler # X000d8, l'expérience de rsted il déterminé à mener ses propres enquêtes sur la nature de l'électromagnétisme.
Faraday avait l'habitude de décrire chaque expérience, en détail complet et minutieux, le jour où elle a été faite. Un grand nombre des entrées discuter des conséquences, il tirer de ce qu'il avait observé. Dans d'autres cas, ils décrivent le cours proposé d'une recherche sur à entreprendre. Ainsi, le journal est bien plus qu'un catalogue de résultats. Le lecteur est en mesure de suivre l'avance, étape par étape, à des conclusions finales et fondamentales. Il voit l'idée la formation, sa réalisation expérimentale, et son emploi comme point d'appui pour la prochaine avance. [7 ]
3. recherches expérimentales en électricité
Les expériences décrites dans le document ont tous montré, avec la sophistication croissante, qu'un courant pourrait être induit tout le temps qu'il y avait un mouvement relatif entre le conducteur et le champ magnétique. Avec le recul et la langue appropriée que nous utilisons aujourd'hui, nous disons qu'un courant est induit dans un conducteur quand il se trouve dans un champ magnétique changeant. Pour cela, peu importe que ce soit le fil conducteur ou l'objet produisant le champ magnétique (soit un aimant permanent ou un autre fil avec un courant électrique qui le traverse) qui est en fait le déplacement.
Il a ensuite trouvé une façon beaucoup plus efficace de la modification du champ magnétique: en déplaçant deux fils, l'un relié à une batterie et l'autre à un galvanomètre, vers ou à l'écart l'une de l'autre. L'aiguille du galvanomètre mis à réagir en faisant vibrer un sens puis dans l'autre en phase avec le mouvement des fils avant et en arrière. Mais dès qu'ils ont été amenés à se reposer ainsi fait l'aiguille du galvanomètre, ce qui indique plus de courant à travers le deuxième fil, même si elle continue à couler en continu à travers la première.
Il convient de noter qu'à ce stade Faraday, en commun avec d'autres chercheurs à l'époque, ne comprenait toujours pas la nature de l'électricité elle-même. Il se réfère à l'électricité qui coule à travers un fil en raison d'une batterie voltaïque que l'électricité voltaïque et l'effet il sur le deuxième fil que l'induction de volta-électrique. Il le distingue de la décharge électrique d'une bouteille de Leyde l'électricité de la tension ou l'électricité ordinaire. Il ne serait pas jusqu'à ce qu'il a construit la première cage de Faraday en 1836 qu'il a commencé à penser à l'électricité comme une force plutôt qu'un fluide.
anneau d'induction de Faraday était, en effet, le premier transformateur électrique. Il survit à ce jour et est exposée dans le musée de la Royal Institution (figure 1). Il ne fait aucun doute que cela reste l'un des objets scientifiques les plus importants de la histoire de la science.
l'anneau d'induction de Faraday (1831). Avec l'aimable autorisation de la Royal Society / Science et Société Bibliothèque d'images.
Faraday ensuite de noter que, en remplaçant l'anneau de fer avec un courant induit de cuivre était beaucoup plus faible, et même lorsque les fils enroulés où rien enroulé autour du tout. , La différence est ici clairement que l'anneau de fer a contribué à générer un électro-aimant beaucoup plus forte, d'une manière que le cuivre non magnétique ne pouvait pas faire.
Faraday a réalisé qu'il avait besoin de trouver un moyen de produire un champ magnétique changeant et a continué à concevoir une version améliorée de l'expérience du disque d'Arago. Il monta sur un disque de cuivre sur un axe en laiton de manière à pouvoir tourner librement entre deux pôles d'un aimant permanent. Il a ensuite relié le disque à un galvanomètre en fixant un fil à son centre et un autre contact avec sa jante (comme dans la figure 2).
Avec cette expérience, Faraday a pu montrer comment un champ magnétique et un mouvement mécanique continu produirait un courant électrique continu. Il avait inventé le générateur électrique.
Il va ensuite à fixer les deux fils qui est connecté à galvanomètre à différents points sur le bord du disque de filage et se rend compte que le courant induit est toujours à angle droit par rapport à la proposition du disque et que, dans ce cas, le flux d'électricité est dans une direction radiale.
Bien sûr, nous pouvons voir la distance Faraday, et d'autres, étaient à ce moment de comprendre la vraie nature du courant électrique par la façon dont il fait toujours référence aux différents types d'électricité. Il définit cinq types distincts: voltaïque-électricité (tel que produit par une batterie), commune-électricité (comme la décharge d'un corps chargé comme une bouteille de Leyde), magnéto-électricité (par lequel il désigne un courant induit), Thermo- l'électricité et aux animaux de l'électricité (par exemple comme cela a été connue pour être produite par des créatures telles que l'anguille électrique).
4. erreur de Faraday
5. Impact de la découverte de Faraday
Il ne fait aucun doute que les expériences décrites dans le document de Faraday non seulement jeté les bases pour comprendre vraiment la nature de l'électricité, mais pour son application pratique d'une manière qui transformerait notre monde. En quelques mois, de nombreux inventeurs se sont intéressés à ces applications potentielles merveilleuses, mais beaucoup d'entre eux ne comprennent pas, ou même des soins, de la physique derrière l'induction électromagnétique. En effet, une véritable théorie mathématique n'émergerait jusqu'à ce que le travail de James Clerk Maxwell en 1865.
La première application pratique importante de la découverte de Faraday, cependant, n'a pas été le générateur électrique, mais le télégraphe. Sur la base de la capacité de contrôler un aimant à distance, cette invention a permis à la possibilité de communication longue distance qui relierait le monde. Et il a été basé sur une idée très simple: le mouvement d'une bobine conductrice sur un aimant dans un endroit induit un courant qui est transmis à un autre endroit où il affecte un galvanomètre. L'idée a été mis en œuvre presque dès que le monde a appris des travaux de Faraday, en particulier par Pavel Schilling, Carl Friedrich Gauss et Wilhelm Weber. En quelques années, il a été commercialisé par Cooke et Wheatstone en Grande-Bretagne (1837) et par Morse et Vail aux Etats-Unis (1838). Une application commerciale à grande échelle de la découverte de Faraday a été faite par les galvanoplastie de Birmingham dès 1844. Là-bas, au moins deux sociétés ont fait usage de son procédé d'extraction de l'électricité du magnétisme à grande échelle [12].
Au milieu des années 1860, plusieurs scientifiques et inventeurs développaient des conceptions pratiques pour la machine dynamo-électrique. Ces dispositifs utilisent champ électromagnétique auto-alimentation des bobines au lieu des aimants permanents sur activé beaucoup plus grande production d'énergie pour la première fois. A ce titre, ils ont mené aux premières grandes utilisations industrielles de l'électricité et ont été les premiers générateurs capables de délivrer une puissance suffisante pour l'industrie.
Aujourd'hui, l'alternateur domine à grande échelle et la production d'énergie repose sur un fluide, habituellement de la vapeur, qui agit en tant que porteur d'énergie intermédiaire, pour entraîner les turbines et produire de l'électricité. Dans les centrales alimentées au charbon et au nucléaire, la chaleur produite par la fission nucléaire et la combustion chimique du carbone, respectivement, est ce qui est utilisé pour transformer l'eau en vapeur. Dans un sens, toutes les centrales peuvent être considérés comme crûment bouilloires géants.
Tout au long de sa vie, Faraday était beaucoup plus intéressés à comprendre la base physique sous-jacente de l'électromagnétisme et l'induction électromagnétique que beaucoup d'autres scientifiques de son âge qui étaient un peu plus obsédé par mettre ses découvertes en pratique. Aujourd'hui, nous utilisons toujours Faraday comme le meilleur exemple de la recherche scientifique axée sur la curiosité réalisée pour elle-même.
Remerciements
3 Pour un compte de voir la vie de Faraday [2, 3].
8 Notez que si le numéro de série ne dit pas, nous noterons le premier document, qui est bien sûr l'objet de cet article.
9 Frank James à l'Institution royale prépare actuellement une édition électronique du cahier de laboratoire de Faraday couvrant ses expériences d'induction.
10 Holmes première machine, pour le courant continu, constituée d'aimants permanents 120 de forme en fer à cheval, chacun pesant 50 livres, avec 160 bobines; les versions ultérieures étaient un peu plus petites.
Profil de l'auteur
Les références
14. Niven WD, rédacteur en chef. (Ed.). 1965. Les documents scientifiques de James Clerk Maxwell », Dover Publications, par arrangement spécial avec Cambridge University Press. p. 157.
16. Maxwell JC. 1873. Traité sur l'électricité et le magnétisme. 2 volumes Oxford, Royaume-Uni: Clarendon Press.
Articles de transactions philosophiques. Série A, mathématiques, sciences physiques et de l'ingénierie sont offerts à titre gracieux de la Société royale