Законът на Ленц
Откритията в областта на електромагнетизма, направени през 19 век, изиграха основна роля в развитието на съвременните средства за комуникация. учени от различни страни - М. Фарадей, Д.К. Максуел, Г. Херц.
След откриването на Фарадей много явления, свързани с електромагнитната индукция, остават недостатъчно ясни.
Нямаше точни инструменти и методи за измерване на електрически и магнитни величини, по-специално индуцирани токове. Нямаше закон за посоката на тези токове и количествените характеристики на явлението електромагнитна индукция не бяха установени.
Тези и други сложни физически проблеми бяха успешно решени от изключителния руски физик академик E.Kh. Ленц.
Име Е.Х. Ленц, както и имената на видни учени М. Фарадей, А.М. Ампера, Г.С. Ома, е познат на всеки образован човек още от училищната пейка. Фундаменталните изследвания на Ленц в областта на физиката и електромагнетизма му донесоха световна слава. Той с право се смята за един от основателите на теорията за електрическите и магнитните явления.
Откриване на закона на Ленц
Въпреки факта, че първите научни изследвания на Ленц са предимно в областта на геофизиката, най-забележителните му открития са свързани с изучаването на електромагнитни явления. Особеният интерес към тези явления очевидно се обяснява със забележимото засилване на научните изследвания в областта на електромагнетизма, свързано с откриването на електродинамичните явления, откриването на най-важните закони от Ампер и Ом. Като изключителен експериментатор, Ленц не можеше да не бъде убеден в валидността на отворените закони, особено след като нямаше точни инструменти и методи за измерване на електрически и магнитни величини, нямаше и общопризнати мерни единици и стандарти и дориЗаконът на Ом е поставен под съмнение от много физици.
Първото голямо изобретение на Ленц е разработването на балистичен измервателен метод за изучаване на законите на индукцията. През 1832 г., след като научил за откритието на Фарадей за явлението електромагнитна индукция, Ленц започнал експерименти, за да установи количествените закони на индукцията. Той вярваше, че "силата на моментния индукционен ток" действа като удар и силата на този удар може да бъде измерена чрез скоростта, придадена на стрелката на умножителя - единственият индикатор за електрически ток по това време.
Схемата за инсталиране на Lenz беше следната. Постоянният магнит М беше фиксиран върху масата с арматура А с намотка, електрически свързана с умножителя В. Показанията на умножителя можеха да се наблюдават през оптична тръба Т с помощта на огледало С (фиг. 1).
Балистичният метод за измерване на Lenz е в основата на съвременния балистичен галванометър. Инструмент за измерване на променливи токове - електродинамометърът на Вебер, който позволи на Ленц да направи редица важни открития през 30-те години.
В резултат на задълбочен анализ на експериментите Ленц прави редица обобщения и заключения, които по-късно получават общо признание и по-нататъшно развитие, по-специално в трудовете на Максуел.
Той установи, че възникването на индуциран ток зависи от скоростта, с която намотката се "откъсва" от магнита; че електродвижещата сила, възбудена в намотката, е пропорционална на броя навивки и равна на сумата от електродвижещите сили, възбудени във всяка намотка; обаче не зависи от материала и диаметъра на намотката на котвата. Моделите, установени за първи път от Ленц, бяха важни количествени характеристики на явлението електромагнитна индукция. Той е първият, който използва своите открития за практически цели: той извежда формула за изчислениенамотки на електромагнитен генератор.
Но най-забележителното откритие на Ленц е законът за посоката на индуцирания ток, който носи неговото име (а именно „законът“, а не „правилото“, както понякога се нарича).
След откриването на явлението електромагнитна индукция от М. Фарадей, той и редица други учени предложиха мнемонични и доста сложни "правила", които позволяват в определени случаи да се определи посоката на индуцирания ток.
В тази работа Ленц пише: „След като прочетох статията на Фарадей, стигнах до заключението, че всички експерименти върху електродинамичната индукция могат лесно да бъдат сведени до законите на електродинамичните движения, така че ако тези последните се считат за известни, тогава първите ще бъдат определени; Тази моя идея беше оправдана от редица експерименти.
Заслугата на Ленц се състои не само във факта, че той формулира общия закон за посоката на индуцирания ток, но и - което е не по-малко важно - убедително доказа валидността на закона за запазване и трансформация на енергията при взаимни трансформации на механична и електромагнитна енергия. (Терминът "енергия" е въведен за първи път през 1853 г. от английския учен Ранкин.)
Наистина, ако магнит или проводник с ток се движи под действието на външна сила в близост до затворен проводник, енергията на движение на магнит или проводник с ток се преобразува в електромагнитна енергия на индукционния ток.
И най-важното: според закона на Ленц посоката на индуцирания ток е такава, че силата, която предизвиква, предотвратява движението, от което е предизвикан, т.е. при наличие на магнит или проводник с ток е необходима повече енергия, отколкото при отсъствието им. И тази част от механичната енергия преминава в електромагнитната енергия на индуцирания ток.
В историята на науката и технологиите не се срещат толкова често примери, когато един учене възможно да се извършат не само фундаментални теоретични изследвания, но и да се посочат начините за тяхното практическо приложение.
Е.Х. беше такъв учен. Ленц. Въз основа на отворен закон той за първи път формулира принципа на обратимостта на електрическите машини (1833 г.), а през 1838 г. го потвърждава експериментално с помощта на генератор, превърнат от него в двигател.
Само четвърт век по-късно това откритие на Ленц получи практическо приложение и беше една от повратните точки в развитието на електротехниката и електромеханиката. Имайте предвид, че в някои източници неправилно се посочва, че Ленц е установил обратимостта на електрическите машини по време на съвместната си работа с B.S. Якоби. Това става четири години преди пристигането на Якоби в Санкт Петербург.
Работите на Ленц, публикувани в местни и чуждестранни издания, бяха широко известни сред физиците по целия свят. С тях добре се познавал и Б.С. Якоби, който създава оригинален модел на електродвигател преди да дойде в България.
Млад пътешественик и изобретател
След като завършва с отличие гимназията през 1820 г., където Е.Х. Ленц се увлича сериозно по природни науки и математика, постъпва в природния факултет на Дерптския университет, един от най-старите научни центрове в България. В университета, благодарение на усилията на неговия първи ректор, професор по физика E.I. Parrot създаде един от най-добрите кабинети по физика в страната. Parrot привлече Ленц да работи в този офис, което до голяма степен определи бъдещата дейност на способен студент.
През 1823 г. по щастлива случайност Ленц успява да прави това, което обича.
Адмиралтейството се обръща към професор Парот с молба да избере способни студенти, които да провеждат научни наблюдения в областта на "физиката, геологията и астрономията" на шлюп, който щеше даоколосветско плаване под командването на контраадмирал Крузенштерн. Ленц беше назначен за физик на експедицията и трябваше да извършва наблюдения в морето и на сушата (измерва дълбочините и температурата на морето, изучава свойствата на морската вода, определя влажността на въздуха, наблюдава атмосферните явления, вулканичните изригвания, изследва магнитната деклинация и др.).