Опыты Блонделя

Эксперименты Блонделя — серия экспериментов, проведенных физиком Андре Блонделем в 1914 году с целью определить наиболее общий закон электромагнитной индукции . Фактически, отмечал Блондель, « неоднократно велись серьезные дискуссии по вопросу о том, каков наиболее общий закон индукции: мы должны рассматривать электродвижущую силу ( ЭДС ) как продукт любого изменения магнитного потока ( $\Phi$) окружающего проводника или того, что проводник заметает часть этого потока?" .

В первом случае Блондель ссылался на закон Фарадея-Неймана , который часто считают наиболее общим законом. а во втором случае он ссылался на силу Лоренца .

Обычно эксперименты по проверке первого случая состоят из измерения индуцированного тока в замкнутой проводящей цепи, связанного с полем магнитной индукции. $B$ магнита, с $B$ меняющийся во времени, тогда как для проверки второго случая обычно измеряют наведенный ток в замкнутой цепи изменяющейся формы или перемещающемся путем разрезания перпендикулярно поля $B$ постоянный.

Однако второй случай обусловлен изменением магнитного потока $\Phi =B\cdot S$, не столько потому, что интенсивность $B$ варьируется, но поскольку поверхность $S$ пересекаемое полем, варьируется.

Блондель, с другой стороны, изобрел « новое устройство». которая заключается в изменении полного магнитного потока, проходящего через катушку, путем непрерывного изменения числа витков этой катушки » . Таким образом $B$ и $S$ постоянны для каждой катушки, но общий поток меняется в зависимости от количества катушек, на которые действует поле. $B$.

Отсюда следует, что, учитывая поток $\Phi$ объединены в один цикл и $N$ из общего числа петель по закону Фарадея-Неймана результирующая электродвижущая сила равна:

$\mathrm {e.m.f.} =-{d(\mathrm {N} \Phi ) \over dt}=-\Phi {d\mathrm {N} \over dt},$

т.е. зависит от изменения количества витков во времени.

Блондель протестировал четыре конфигурации своего аппарата, в которых он продемонстрировал, что изменение потока не всегда вызывает ЭДС в связанной с ним цепи, и пришел к выводу, что закон Фарадея-Неймана не может быть общим законом.

Описание аппарата

Аппарат Блонделя

Устройство состоит из электромагнита Е , U-образный сердечник которого заканчивается двумя большими параллельными пластинами Р и Р '. Две индукционные катушки создают магнитное поле в E. B Между двумя пластинами расположен вращающийся деревянный барабан Т, на который намотан изолированный электрический провод. Проволока выходит из центра барабана и соединяется с кольцом b, составляющим одно целое с барабаном и пренебрежимо малым по отношению к самому барабану диаметром. Скользящий контакт f электрически соединяет провод с гальванометром G посредством резистора R , так что ток может течь даже при вращении барабана.

К гальванометру зеркальным образом подсоединен другой барабан Т ', который соединен с двигателем М , способным вращать барабан Т ' с регулируемой скоростью.

Наконец, электрический провод, проходя через центр обоих барабанов, после определенного числа обмоток вокруг одного из них, достигает другого барабана, замыкая цепь. Когда двигатель М запускается, он может увеличить количество витков, намотанных вокруг Т ', уменьшив количество витков вокруг Т , или наоборот.

Блондель соединяет провод через f с проводом, намотанным на Т четырьмя разными способами, проводя одинаково разные эксперименты.

Четыре эксперимента

Первый эксперимент

Проволока, намотанная на Т, соединена непосредственно с валом вращения, на котором опирается скользящий контакт f через проводящее кольцо b незначительного диаметра, как показано на рисунке.

Подключив барабан Т ' к двигателю М, он быстро достигает постоянной скорости, как и другой Т. барабан Поддерживая эту скорость около минуты, стрелка гальванометра движется, свидетельствуя о наличии электродвижущей силы ( ЭДС ).

Второй эксперимент

Проволока, намотанная на Т, соединена с проводящим кольцом диаметром, равным диаметру барабана Т и составляющим одно целое с ним. Контакт f проходит по краю кольца, которое вращается вместе с барабаном.

Таким образом, по сравнению с предыдущим экспериментом f , вместо того, чтобы быть соединенным с центром катушки, он соединен в точке, настолько далекой от центра, насколько радиус самой катушки.

В этом случае гальванометр показывает, что ЭДС, возникающая при вращении барабана, равна нулю, в отличие от того, чего можно было ожидать, имея в виду первоначальный эксперимент Фарадея .

Поскольку Блондель опасался, что можно будет возразить, что результат обусловлен тем, что при вращении цепь между f и точкой крепления провода катушки к кольцу может идти по двум различным путям, частично нейтрализующим друг друга, он делает третий эксперимент.

Третий эксперимент

Проволока, намотанная на Т, соединена посредством скользящего контакта, выходящего из края барабана, с краем сплошного проводящего диска, имеющего диаметр, равный диаметру барабана Т и параллельного ему, но отсоединенного, так что чтобы оставаться неподвижным во время вращения барабана. Контакт f упирается непосредственно в центральную часть диска.

Также в этом случае ЭДС , измеренная гальванометром, равна нулю.

Из последних двух результатов Блондель заключает, что ЭДС , измеренная в первом эксперименте, была вызвана не прогрессивным уменьшением потока, а перемещением потока проволокой, соединяющей центр катушки со щеткой f .

Чтобы еще раз подтвердить это, он проводит четвертый эксперимент.

Четвертый эксперимент

Проволока, намотанная на Т, соединена с краем сплошного диска диаметром, равным диаметру барабана Т и составляющего одно целое с ним. Контакт f задевает центр диска.

В этом случае гальванометр регистрирует ЭДС , точно равную ЭДС первого опыта. Более того, если вы вращаете диск, сохраняя барабаны неподвижными, он все равно записывает ту же самую ЭДС , которая вызвана только тем фактом, что часть контура захватывает поток. Более того, изменяя точку контакта катушки от внешнего края к центру диска, ЭДС индукции становится пропорциональной площади круга, радиус которого равен расстоянию между двумя точками крепления.

Результат аналогичен диску Фарадея .

Выводы

Отсюда Блондель делает вывод:

1) При постоянном магнитном поле ЭДС возникает только в том случае, если цепь пересекает силовые линии поля, как в первом эксперименте (ось вращения-край барабана). Если этого не происходит, то даже при изменении полного потока через цепь ЭДС не возникает , как во втором эксперименте.

2) Случай, когда замыкающая линия цепи (участок ось-край) движется внутри сплошного проводника (но проводник остается неподвижным), как в третьем опыте, не эквивалентен случаю, когда движется весь проводник, как и в четвертом опыте (в этом случае действует сила Лоренца).

Таким образом, « необходимо отвергнуть как неточные слишком общие положения закона индукции ». и к утверждению, что « Электродвижущая сила возникает в замкнутой цепи, когда число магнитных линий, проходящих через нее, меняется .... следует добавить « и когда изменение вызвано либо проводником, перемещающим силовые линии, либо изменением поля самого индуктора ».

По сути, эксперименты показывают, что основной закон Фарадея, учитывающий только изменение потока, не может быть общим законом индукции. необходимо включить также вклад силы Лоренца Фактически, чтобы получить общую формулу, .

См. также

• Карл Геринг
• Эффект Максвелла-Лоджа
• Риккардо Феличи

Дальнейшее чтение

• Г-н Андре Блондель (1914 г.). «О самом общем изложении законов индукции» . Еженедельные отчеты сессий Академии наук . 159 : 674–679.
• Карл Геринг (1908). «Несовершенство обычного изложения основного закона электромагнитной индукции». Пер. амер. ИЭЭ . 27 : 1341–1371.
• Карл Геринг (1908). «Новый фактор индукции: «Петля» против «силовых линий разрезания» ». Электрический мир . 51 :5581.
• Джузеппе Джулиани; Паолантонио Мараццини (2012). «Электромагнитная индукция: возможный путь образования» (PDF) . Физика в школе . XLV (2): 55–66.
• Кирк Т. Макдональд. «Парадокс потокосцепления Геринга» (PDF) .
• Кирк Т. Макдональд. «Эксперимент Блонделя» (PDF) .