法拉第(Michael Faraday,1791-1867),英国杰出的物理学家、化学家 。法拉第出生于一个乡村铁匠的家庭,小时候由于家里贫穷只上了两年的小学 。辍学后,他开始当报童卖报,当学徒给老板干活 。小法拉第特别喜欢读书,尤其是科学方面的书籍,他找到一本读一本并认真思考做笔记,同时他还喜欢听各种学术讲座 。在他22岁时,当时英国鼎鼎有名的化学家戴维(Humphry Davy,1778—1829)独具慧眼,招收了这个勤奋好学的小学徒做他的助手 。从此,法拉第踏上了探索科学的道路 。
1820年,丹麦物理学家奥斯特(1777-1851)发现了电流的磁效应,这一发现引起了很多科学家的注意 。
法拉第在对奥斯特实验进行详细研究后,一直在思考,既然电能产生磁,那么磁也应该能够产生电,但是如何才能够实现呢?终于在1831年8月,法拉第做了一个装置,如下图所示 。
在此之后,他根据电磁感应原理亲手 *** 了世界上之一台“发电机”,这一原型使电能大规模生产和远距离输送成为了可能 。电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它揭示了电、磁现象之间的相互联系,并对麦克斯韦电磁场理论的建立也具有重大意义!
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图18:法拉第发现电磁感应示意图
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图19:法拉第圆盘发电机
除此之外,1837年,法拉第引入了电场和磁场的概念,指出电和磁的周围都有场的存在,这打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念 。1881年国际电学大会用“法拉”做电容的单位,就是为了缅怀这个名叫法拉弟的牛人!
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电感(L)的单位:亨利(H)
电感表示闭合回路的一种属性 。当电流通过线圈后,在线圈中会形成磁场感应,这个感应磁场又会产生感应电流来 *** 通过线圈中的电流 。这种电流与线圈的相互作用关系称为电感,以符号L表示,单位是亨利(H),简称亨 。电感是自感和互感的总称 。
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图20:电感示意图
电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁芯或铁芯等组成,它能够将电能转化为磁能存储起来,在适当的时候又能释放出去再转化成电能,它的核心作用就是电磁转换 。
在前面我们讲法拉第进行电磁感应实验,他所用缠在软铁上的线圈其实就是电感 。任何导线在通过电流的时候都会产生磁场,把导体(导线)绕成螺旋状,磁场就会被聚集,绕的圈数越多磁场强度也就越大,产生的能量也就越大,所以电感器的实质其实就是一个被绕成螺旋状的导线 。
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图21:各式各样的电感
电感L的大小取决于绕线圈数,磁芯的磁导率,磁芯的截面积和有效磁路长度,它不会因为电流或者频率的增高而增大 。电感单位除了亨利(H)之外,还有毫亨(mH)、微亨(μH),换算关系为:1H=1000mH,1mH=1000μH 。
电感的单位是为了纪念美国著名的物理学家亨利(Joseph Henry 1797-1878),而以他的名字命名的 。在列举了这么多欧洲(德、法、英、意)的科学家计量单位名字后,终于有一位非欧洲的科学家了 。
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图22:约瑟夫亨利
18世纪初在奥斯特发现了电流的磁效应后,一些科学家开始用通电螺线管使钢针磁化(安培通过这个实验研究出了安培定则,法拉第受这个实验启发发现电磁感应,可见奥斯特的这个实验对后人有多么的启发意义) 。1825年,英国科学家斯特金(William Sturgeon,1783-1850)在一块马蹄形软铁上涂上了一层清漆,然后在上面间隔绕 18圈裸导线,通电后就成了电磁铁,吸起了约4KG的重物 。这一实验引起科学家的极大兴趣,亨利正是其中之一 。他开始着手改进电磁铁 。1831年他成功研制出一个能吸起约1吨重物的电磁铁 。
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图23 电磁铁示意图
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图24 继电器示意图
1829年8月,亨利发现线圈在断开电源时产生了电火花 。1832年,他在《美国科学学报》发表了题为《关于磁生电流与电火花》的论文,这是关于自感现象最早的研究 。他在1835年发表的另一篇论文中还详细介绍了自己关于发现自感实验过程 。由于当时没有适当的仪器,他甚至用人体受自感电动势的电击——他称之为“直接受震法”,以验证自感电动势的存在以及感觉它的强弱 。
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