Уильям Стёрджен и первый в мире электромагнит - ABCD42.RU

Уильям Стёрджен и первый в мире электромагнит

Первые демонстрации электромагнитного вращения

АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Предыдущие статьи данного цикла [1 –4] были посвящены зарождению теории и практики автоматического регулирования в XIX веке, который начинался как век пара. Однако в конце этого века на смену пару приходит электричество, поэтому многие объекты регулируют уже с помощью электромеханических систем на базе двигателей постоянного и переменного тока. Это приводит к появлению различных видов электродвигателей, генераторов, датчиков, усилителей и других элементов систем автоматики. В настоящей статье будут рассмотрены первые опыты по использованию электричества в механических системах, выполненные в начале XIX века.

О способности электрического тока производить механическое движение европейские ученые узнали из публикации датского профессора Ганса Христиана Эрстеда (Hans Christian ?rsted), который в 1819 г. во время лекций показывал студентам тепловое воздействие тока на проводник, подключенный к Вольтовой батарее. Изначально этот проводник лежал в меридианном направлении поверх морского магнитного компаса, стрелка которого располагалась параллельно проводнику, однако она немедленно поворачивалась перпендикулярно ему при включении тока. Это явление было настолько революционным, что имя Эрстеда было увековечено в единице напряженности магнитного потока. Впоследствии было обнаружено, что этот эффект наблюдал еще в 1802 г. итальянский ученый Джованни Романьози (Gian Romagnosi), но его сообщение осталось незамеченным [5, 6].

Рис. 1. Молодой Фарадей (1791-1867)

Необычное явление, несомненно свидетельствующее о магнитном действии тока, вызвало огромный интерес ученых и сразу же породило вопрос о возможности непрерывного электромагнитного вращения. Ответить на этот вопрос смог только гений экспериментального искусства Майкл Фарадей (Michael Faraday) [5, 7].

Великий английский физик Майкл Фарадей (рис. 1) происходил из простой семьи, дед его был кузнецом. Никакой школы, кроме начальной, он не закончил, и во всех его многочисленных работах вы не встретите ни одной математической формулы. Свои разносторонние знания Фарадей приобрел самостоятельно. Сначала работал учеником переплетчика в книжном магазине, внимательно изучая все попавшиеся ему книжки, особенно естественнонаучные, а потом ему посчастливилось посетить несколько лекций знаменитого химика Гемфри Дэви (Humphry Davy), президента Лондонского королевского общества (английский аналог Академии наук), читавшего лекции для широкой публики в Королевском институте. Заметив пытливого слушателя, Дэви пригласил его в Королевский институт сначала лаборантом, а затем и ассистентом, в обязанности которого входили подготовка и проведение всех опытов профессоров. В свободное время Фарадей стал заниматься собственными экспериментами и в 1821 г. добился непрерывного электромагнитного вращения с помощью прибора, состоявшего из двух последовательно включенных устройств (рис. 2), которые уже можно назвать электрическими двигателями [5].

Рис. 2. Двигатели Фарадея

Оба двигателя содержали серебряные чаши (1) и (2) с ртутью, постоянные магниты (3) и (4), проводники (5) и (6) на стойке (7), погруженные в ртуть. Двигатели отличались друг от друга тем, что в правом магнит (4) был неподвижен и проводник (6) свободно вращался вокруг магнита, а в левом двигателе наоборот: провод­ник (5) был неподвижным, а магнит (3) вращался.

Рассмотрим подробнее принцип действия правого двигателя, показанный на рис. 3, с предположением, что магнит имеет северный полюс N наверху. Поскольку магнитный поток магнита Ф направлен на рисунке вправо, то, по правилу левой руки, сила Ампера f, действующая на проводник с током в магнитном поле, направлена вниз и проводник начинает вращаться по часовой стрелке. Аналогично действует и левый двигатель на рис. 2, только в этом случае проводник (5) неподвижен, а вокруг него вращается магнит (3).

Публикация Фарадеем этого опыта неожиданно вызвала обвинения в плагиате, в том числе и от его непосредственного патрона Дэви, препятствовавшего в 1823 г. его избранию в члены Королевского общества [7]. Дело заключалось в следующем. Непосредственным поводом к проведению эксперимента послужила заказанная научным журналом статья по развитию науки об электричестве и магнетизме, для которой молодой ассистент решил самостоятельно проверить все известные критические опыты, а затем попробовать получить электромагнитное вращение.

Рис. 3. Принцип действия двигателя Фарадея

О важности такого опыта говорил с Дэви в присутствии Фарадея и известный химик Уильям Волластон (William Wollaston). Сам Фарадей упомянул об этом в докладе Королевскому институту: «… мы обязаны проницательности д-ра Волластона первою мыслью о возможности вращения электромагнитной проволоки вокруг ее оси вследствие приближения магнита». Однако опыты самого Волластона никаких результатов не дали, поэтому он не нашел в действиях Фарадея ничего предосудительного и одним из первых подписал петицию о его принятии в члены Королевского общества, которая и была в итоге одобрена подавляющим большинством его членов.

Оригинальность своих идей и научную проницательность Фарадей впоследствии неоднократно подтвердил многочисленными открытиями в электрохимии, оптике, изучении диэлектриков, электрического разряда в газах и электромагнетизме, вершиной которых было открытие в 1831 г. электромагнитной индукции. В честь него названы единицы емкости конденсатора (1 фарад) и величина заряда в электрохимии (1 фарадей).

Рис. 4. Колесо Барлоу

Вслед за открытием Фарадея сразу же появились и другие электродвигатели, описанные, например, в работах [5, 8, 9]. Среди первых был прибор, созданный в 1824 г. английским физиком и математиком Питером Барлоу (Peter Barlow), показанный на рис. 4. Медное зубчатое колесо (1), частично погруженное в ванну с ртутью (2), помещено между полюсами подковообразного магнита (3). При прохождении тока от оси колеса вниз через ванну возникает сила Ампера, вызывающая вращение колеса, направление которого определяется полюсами магнита. Отметим попутно, что, как доказал коллега Барлоу, физик и изобретатель Уильям Стёрджен (William Sturgeon), зубчатость диска здесь не имеет принципиального значения. Точно так же вращается и круглый диск, погруженный в ртуть.

Рис. 5. Электромагнит Стэрджена

Дальнейший прогресс подтолкнуло изобретение в 1825 г. тем же Стёрдженом электромагнита, показанного на рис. 5, — в виде подковообразного сердечника с обмоткой, концы которой погружены в чашечки с ртутью. Обмотка выполнялась неизолированным проводом, накрученным на покрытый лаком сердечник. Электромагнит сразу стали использовать в конструкциях электродвигателей. Например, среди первых было устройство, созданное известным венгерским ученым профессором Будапештского университета Аньошом Йедликом (?nyos Jedlik) в 1828 г. (рис. 6). Оно содержит неподвижную обмотку (1) и вращающийся электромагнит (2), который подключается к батарее через ртутный коммутатор (3) в виде чашечки с ртутью, разделенной перегородкой на два изолированных сектора, в которые погружены выводы обмотки электромагнита. Йедлик также одним из первых предложил идею электрогенератора с самовозбуждением (динамо-машины).

Рис. 6. Двигатель Йедлика

К сожалению, Йедлик опубликовал свое изобретение только спустя почти двадцать лет, поэтому более известным стал аналогичный двигатель (рис. 7), предложенный в 1833 г. профессором Вильямом Ричи (William Ritchie), коллегой Фарадея по Королевскому институту. Он также имеет ртутный коммутатор (3) и вращающийся электромагнит (2), но взамен электромагнитного возбуждения используется постоянный магнит (1).

Рис. 7. Двигатель Ричи

В то же время многие изобретатели предлагали двигатели с качательным движением. Так, в 1831 г. Джозеф Генри (Joseph Henry), профессор математики и физики из штата Нью-Йорк (США), начинавший свою карьеру актером провинциального театра, продемонстрировал устройство, показанное на рис. 8, где: 1 — качающееся коромысло в виде электромагнита на оси (2) и стойке (3) с контактами А, Б, А’, Б’; 4 — два постоянных магнита; 9 — две медно-цинковые батареи Вольта, с выводами в виде чашечек со ртутью (5–8), в которые могут погружаться контакты А, Б, А’, Б’.

При горизонтальном положении коромысла батареи не подключены и ток в электромагните отсутствует. Однако если качнуть коромысло, например влево, то контакты А’, Б’ подключают электромагнит к батарее таким образом, что его левый полюс становится северным (N), а правый – южным (S), как показано на рисунке. Коромысло отбрасывается вправо, подключается правая батарея, создающая ток обратного знака, полюса электромагнита перемагничиваются, и коромысло отбрасывается влево. Такой двигатель совершал 84 качания в минуту при мощности менее 0,05 Вт.

Рис. 8. Двигатель Генри

Однако знаменитым Джозефа Генри сделали другие его достижения: он наблюдал явление электромагнитной индукции, возможно, ранее Фарадея (но своевременно этого не опубликовал), открыл самоиндукцию, построил самые мощные для своего времени электромагниты (поднимающие более одной тонны), применив, в отличие от Стёрджена, многослойную обмотку проводом с изоляцией шелком; изобрел электромагнитное реле, давшее толчок развитию телеграфа, и т. д. Его имя присвоено единице индуктивности (1 генри).

Похожие конструкции имели двигатели 1834 г. — итальянских профессоров С. Даль Негро (S. Dal Negro) и Д. Ботто (G. Botto), — снабженные механизмом преобразования качательного движения во вращательное, что, очевидно, было попыткой копировать паровую машину.

Однако все эти демонстрационные макеты были скорее игрушками, которые невозможно было реально использовать в силу ничтожной мощности (в сотые доли ватта) и непрактичных ртутных коммутаторов. Первым устройством, пригодным для применения, стал электродвигатель Якоби, который и будет рассмотрен в следующей статье.

Созданию первых практически полезных электродвигателей предшествовал ряд опытов по преобразованию электричества в механическое движение:

обнаружение в 1819 г. Эрстедом способности электрического тока вызывать механическое движение магнитной стрелки;

демонстрация Фарадеем в 1821 г. электромагнитного вращения (проводник с током в ртути вокруг постоянного магнита);

создание в период 1821–34 гг. первых приборов ничтожной мощности, показывающих различные способы электромеханического вращения или качания (Барлоу, Йедлик, Ричи, Генри и др.).

Газета ЗАО МПО «Электромонтаж»

Газета «МПО ЭЛЕКТРОМОНТАЖ» февраль 2012

В номере

Акцент

  • Плюс светодиодизация всей страны…
  • Улицы светодиодных фонарей
Читайте также  Особенности русской кухни

Внимание!

Актуальная покупка

  • Новые тепловые аппараты Timberk и Теплолюкс
  • Японские паяльники Goot
  • Сканеры: видеть сквозь стены
  • Диммер на шнуре и шнуры с выключателем

Новинки ассортимента

  • Блоки питания для ноутбуков
  • Серия АВВ S800: автоматы, реле и контакты
  • Тонкостенные термоусаживаемые трубки GTI
  • Дифференциальные автоматы нового поколения Acti 9
  • Розетки с таймером

Да будет свет

  • Светодиодные фонарики — 2
  • Светодиодные прожекторы — на замену галогенным

Энергосбережение

Автоматика

  • Кнопочные выключатели и модульные индикаторы АВВ
  • Автоматы Siemens для запуска и защиты двигателя

Кабельное хозяйство

  • УЗК от испанской Estiare
  • Спиральные жгуты для кабеля
  • Аксессуары к СИП

Внимание к деталям

  • Multi-Contact —из Швейцарии с любовью
  • Помехоподавляющие конденсаторы
  • Сила в миниатюрности
  • Системные решения Wago

Инструмент

Прошлое больших открытий

  • Иоганн Риттер, учёный, романтик
  • Уильям Стёрджен и первый электромагнит

Традиции

  • Русские зимние праздники
  • Световые картины «Огней Москвы»

Архив газеты по годам

Все статьи по рубрикам газеты

Уильям Стёрджен и первый электромагнит

На заседании Британского Общества искусств 23 мая 1825 года некий Уильям Стёрджен, эсквайр, лет сорока с лишним, демонстрировал свои электромагнитные эксперименты.

Эрстед в 1820 г. экспериментально показал магнитный эффект электрического тока, а академик Ампер заявил о единстве электрических и магнитных процессов и рождении новой науки — электродинамики (читайте об этом в декабрьском номере нашей газеты). Интересоваться электромагнетизмом стали и в лабораториях, и в светских салонах. Ампер, например, демонстрировал соленоид — спираль с током, обладающую свойствами природного магнита.

И вот эсквайр Стёрджен извлёк на обозрение согнутый подковой железный стержень длиной 30 и диаметром 1,3 см, обмотанный медной проволокой, и подключил его к гальванической батарее. Эта подкова весом 200 г удерживала на своих концах стальную полосу с гирями — всего 3,6 кг — невиданная для природных магнитов, впятеро больше — сила!

Родился Уильям Стёрджен в 1783 г. в Ланкастере, в семье сапожника. Не сильно грамотный папаша интересовался больше всё рыбалкой да петушиными боями, не задумываясь об образовании отпрыска, которому уготовил судьбу такого же недалёкого ремесленника. Отпрыск же, до 19 лет прозябавший в подмастерьях, в один прекрасный день из дома удрал — и поступил в армию.

Стёрджену повезло. Служил он в артиллерии, требовавшей кой-каких научных познаний, а сержант-командир оказался хорошим наставником, снабжал солдата книжками. Уильям не только выучился чинить часы и чертить, но и ставил простенькие опыты по химии и физике — в суть которых, впрочем, вникал с трудом. И решил учиться — начиная с азов чтения, письма и грамматики, которые «на гражданке» ему были недоступны — самостоятельно, в свободное от вахты время. И вскоре занялся уже математикой, латынью, естествознанием.

Лет через пятнадцать Уильям Стёрджен стал образованным человеком, отличным механиком, умелым экспериментатором. Выйдя в 1820 г. в отставку, купил токарный станок, инструменты и принялся за изготовление приборов для любителей научных развлечений. Приобрёл определенный успех, вместе с успехом — заказы, вместе с заказами — полезные знакомства, и всё это вместе позволило заполучить место лектора в Военной академии Ост-Индской компании.

Первым вкладом Стёрджена в науку стала в 1823 г. модификация вращающегося в магнитном поле цилиндра Ампера — колесо Стёрджена, фактически одна из первых разработок электромотора. А на следующий год он написал четыре статьи для Философского журнала — по термоэлектричеству.

И вот его первое публичное выступление в Лондоне в мае 1825 г. — с электромагнитом. Тут выяснилось: эсквайр, он же учёный и изобретатель — солдат-самоучка! О нём и его электрическом магните заговорили физики, в доме появились первые ученики — среди них Джеймс Джоуль, сын богатого пивовара, тоже не питавший склонности к профессии отца. В будущем он сформулирует закон сохранения энергии.

Однако, что, собственно, Стёрджен изобрел? Однорядная катушка с током — это просто соленоид Ампера. То, что сердечник из мягкого железа увеличивает силу соленоида — тоже не новость. Но, во первых, ему первому пришла мысль согнуть железку подковой, а во вторых — объединение двух известных явлений — суть новое качество.

Изобретатели стали искать, как увеличивать силу электромагнитов — опытным путем, поскольку правил для расчётов и конструирования ещё не было. Джоуль в 1825 г. довёл её до 20 кг, лондонский часовщик Воткинс в 1828 г. — до 30, профессор Молл из Утрехта — до 60. Сам Стёрджен 1832 г. изготовил электромагнит, поднимавший 160 кг, затем 550, а в Америке установка профессора Йельского университета Джозефа Генри — около 1 тонны.

В 1840 г. Джоуль в ноябре 1840 г. разработал собственную конструкцию — в виде стальной трубы, разрезанной вдоль оси — сечение электромагнита было очень большим, но при этом он оказался компактным и поднимал 1,3 т. Затем Джоуль предложил не двухполюсный, а многополюсный электромагнит, ещё более сильный.

Но некоторые конструкции того времени, на современный взгляд, просто абсурдны — например, трехлапая, в которой магнитные потоки каждого стержня противодействовали друг другу.

Отсутствие опыта и методик расчета магнитов не позволяло планировать их свойства. Первый вклад в их теорию внесли русские ученые Э. X. Ленц и Б. С. Якоби — указавшие на зависимость подъёмной силы от величины тока в катушках и числа витков обмотки. Затем англичане Гопкинсоны предложили методы учёта насыщения — это когда после некоторого предела уже нельзя добиться результата, увеличивая размеры и ток. Но это было потом.

А тогда — электромагниты сразу стали использовать практически: на мельницах для очистки зерна, на рудниках для разделения полезной и пустой породы. На сталелитейных заводах электромагнитные подъёмные краны вызвали увольнение рабочих, занятых раньше переноской железа. Правда, в то же время появились Магнитные Биллы — люди с батареями за спиной и с электромагнитами в руках — они очищали улицы и помещения от железного мусора.

Военные задумали создать сверхсильный электромагнит, чтобы отклонять вражеские снаряды от траектории: соединили в форме буквы П рельсами стволы двух старых осадных орудий по пять метров в длину и не меньше полуметра в диаметре, и намотали обмотки из многих миль торпедного кабеля. Чтобы «ловить» снаряды противника, его силы всё же не хватило. Зато далеко в море корабельные компасы теряли ориентацию — тогда кабелем обмотали целый броненосец, получился плавающий электромагнит — но враги придумали элементарную защиту компасов — экран.

Уильям Стёржен, между тем, разработал технологию изготовления пластин из амальгамированного цинка для гальванических элементов (1830), сконструировал гальванометр с подвижной катушкой (1836), исследовал атмосферное электричество и занимался вопросами грозозащиты.

Статьи о своих работах он отдавал в Философский журнал, который вдруг перестал их печатать — пришлось создать свой собственный, первый в Великобритании специализированный — Анналы электричества Стёрджена.

Однако, слава, деньги и почести не спешили сыпаться на него. Правда, когда ему было уже за шестьдесят, ему предложили ему пост директора музея в Манчестере — почетный, но не прибыльный. Десять лет спустя, в 1850 г. Уильям Стёрджен умер, так и не дождавшись ни признания, ни достатка.

Но на его могиле начертано: Здесь лежит изобретатель электромагнита.

Блог pofig!

суббота, 26 июня 2010 г.

Уильям Стёрджен и первый в мире электромагнит

Стёрджен (Sturgeon) Уильям (22.5.1783, Уайтингтон, близ г. Ланкастер, — 4.12.1850, Престуич, близ г. Манчестер), британский изобретатель в области электротехники. Специального образования не получил. В 1825 изобрёл электромагнит, в 1830 разработал технологию производства пластинок из амальгамированного цинка для гальванических частей. Сконструировал гальванометр с подвижной катушкой (1836). Проводил исследования атмосферного электро энергии и занимался вопросцами грозозащиты. В 1836 основал 1-ый в Англии электротехнический журнальчик «Annals of Electricity». Опосля опубликования памфлета Эрстеда почти все заинтересовались неувязками электромагнетизма: в том же 1820 г. Араго показал проволоку с током, облепленную стальными опилками, а Ампер обосновал, что спираль с током – соленоид – владеет всеми качествами природного магнита, притягивая маленькие стальные предметы. Что касается первого электромагнита, т.е. катушки, обтекаемой током и содержащей снутри металлический сердечник, то его изобретения пришлось ожидать еще 5 годиков. Это устройство сделал Вильям Стерджен. Он появился в Ланкастере в 1783 г. в семье сапожника. Отец не уделял семье ни мельчайшего внимания; он услаждался жизнью, удил рыбу и слыл крупным любителем петушиных боев. Юного Вильяма отправили обучаться мастерству к сапожнику, и тот, по-видимому, держал его в черном теле. Вильям голодовал, и из-за этого, как представился вариант, сбежал от сапожника в воинскую часть. Было ему в то время девятнадцать годиков. Через 2 года Вильям дослужился до артиллериста, он много читал, ставил физические и хим эксперименты. В один прекрасный момент, когда их часть стояла на полуострове Ньюфаундленд, налетел ужасный ураган, сопровождавшийся молниями и громом. Ураган произвел на Вильяма нежданно мощное воспоминание и привлек его внимание к электричеству. Он начал читать книжки по естествознанию, но скоро с горечью сообразил, что ничего в их не осознает. Тогда он решил стать с самых азов и занялся письмом, чтением и грамматикой. Сержант той же части пичкал его книжками, которые Вильям, освободившись от вахты, читал ночами. Скоро он перебежал к арифметике, мертвым и ранее не виданным языкам, оптике и естествознанию. Его страстью в свободное время было чинить часы и чертить. Опосля освобождения от воинской службы в 1820 г. Стерджен купил токарный станок и предназначил себя изготовлению физических устройств, а именно электронных. Из-за поддержке известного тогда химика Джеймса Марша он был назначен лектором в Военную академию Ост-Индской компании в Аддискомбе, где и преподавал до 1838 г. Первым вкладом Стерджена в науку стала разработка им измененной модели крутящихся цилиндров Ампера, описанной в «Философском журнальчике» в 1823 г. На последующий год он написал четыре статьи по термоэлектричеству, а 23 мая 1825 г. представил Социуму искусств немного улучшенных устройств для электромагнитных тестов, посреди которых был ставший сейчас известным 1-ый электромагнит. Мысль цилиндрического и подковообразного магнитов захватила его еще в 1823 г. Тогда Стерджен и выстроил крутящееся «колесо Стерджена» – практически одну из первых модификаций электромотора. Стерджен сделал ряд чрезвычайно важных открытий, о которых написал некоторое количество статей, но «Философский журнальчик», для которого они предназначались, отказался их печатать, и Стерджену не оставалось ничего, как сделать собственный свой журнальчик – «Анналы электро энергии». Музей науки в Манчестере, директором которого начал Стерджен в 1840 г., был очень научным, чтоб быть выгодным, и Стерджен жил в нищеты. В 1850 г. изобретатель электромагнита погиб, так и не получив в заслугу за свое величавое изобретение ни богатства, ни славы. Ученик Стерджена, известный британский физик Джеймс Прескотт Джоуль, писал, что Стерджен был высочайшего роста и отлично сложен, владел великодушной наружностью и симпатичными манерами. К огорчению, портрета его не сохранилось. На его могильной плите выбито: «Тут лежит изобретатель электромагнита. »

Читайте также  Совершенствование организации ТО подвижного состава транспортного цеха

Устройство первого электромагнита

1-ый в мире электромагнит, продемонстрированный Стердженом 23 мая 1825 г. Социуму искусств, представлял собой согнутый в подкову лакированный металлический стержень длиной 30 и поперечником 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электроэнергией он снабжался от гальванической батареи (вольтова столба). Электромагнит задерживал на весу 3600 г и существенно превосходил по силе природные магниты таковой же массы. Это было блестящее по тем временам достижение. Сам Стерджен в особенности высоко оценивал свою идею, связанную с подменой твердого железа мягеньким. Ученый свободно оперировал таковыми понятиями, как «магнетизм», «магнитная энергия», «однородность магнитного материала», «отжиг железа» и т.д. Правление социума оценило награды Стерджена. Он получил медаль и валютную премию, а 1-ый электромагнит был выставлен в музее социума. Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стерджена, смог довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г. В 1828 г. английский часовой мастер Воткинс сделал электромагнит, который поднимал 30 кг. Тогда же доктор Молл из Утрехта, взяв за основу конструкцию Воткинса, сделал магнит, «поднимавший наковальню массой 60 кг и не поднимавший наковальню массой 80 кг». В 1832 г. Стерджен сделал магнит, поднимавший 160 кг, но уже в том же году Марш сделал магнит, способный поднять больше 200 кг. Но Стерджен не собирался терять первенства. По его заказу в 1840 г. был выполнен электромагнит, способный поднять уже 550 кг!

К тому времени у Стерджена нашелся чрезвычайно мощный конкурент за океаном. В апреле 1831 г. доктор Йельского института Джозеф Генри (его именованием названа единица индуктивности) выстроил электромагнит массой около 300 кг, поднимавший около 1 т. Все данные магниты по конструкции представляли собой подковообразные стержни, обмотанные проволокой. Джоуль в ноябре 1840 г. сделал магнит своей конструкции, в виде толстой металлической трубы, разрезанной вдоль оси. Сечение данного магнита было чрезвычайно крупным, магнит оказался малогабаритным и поднимал 1,3 т. В то же время Джоуль выстроил магнит совсем новейшей конструкции – притягиваемый груз испытывал действие не 2 полюсов, как обычно, а существенно большего числа, что позволило резко прирастить поднимаемый груз. Магнит массой 5,5 кг задерживал груз массой 1,2 т. 1-ые магниты были изготовлены «как бог на душу положит». Но не неважно какая форма давала положительный результат. Случаем вышло так, что Стерджен для собственного первого магнита избрал чрезвычайно удачную – подковообразную – форму (подковообразные магниты изготовляют до сего времени. Отсутствие опыта и простой методики расчета магнитов привело к тому, что некие разновидности магнитов, предложенные в то время, могли быть, на наш взор, просто абсурдными. Так, трехлапый магнит не мог бы удачно работать, потому что магнитные потоки каждого стержня противодействовали бы друг дружке – поток 1-го стержня замыкали на втором стержне, где он действовал навстречу сгустку данного стержня. Негожей, на современный взор, оказывается и чрезвычайно нередко использовавшаяся конструкция, один магнит в какой составлен из 3-х больше маленьких и намотанных отдельно. Ясно, что в промежутках меж сиими малеханькими магнитами магнитные поля 2-ух примыкающих стержней взаимно уничтожаются. Лабораторные магниты того времени изготовлялись «приблизительно». Никакой теории, которая дозволила бы заблаговременно предсказать характеристики магнитов, не было. 1-ый вклад в теорию расчета электромагнитов занесли российские ученые Э.X. Ленц и Б.С. Якоби, указавшие на связь подъемной силы электромагнита и творение силы тока в катушках на число витков обмотки. Опосля Ленца и Якоби большой вклад в теорию расчета магнитов занесли британцы братья Гопкинсоны, которые предложили способ учета насыщения – явления, издавна увиденного проектировщиками магнитов и заключающегося в том, что в магните данной формы опосля некого предела повышением тока в катушках нельзя повысить его подъемную силу. Современная теория связывает это явление с тем, что при достижении некого намагничивающего тока простые магнитики (диполи) железа (ферромагнетика), ранее расположенные хаотично, в главном нацелены в одном направлении и при предстоящем усилении намагничивающего тока существенного роста числа магнитиков, нацеленных в одном направлении, не происходит. Насыщение стали привело к тому, что индукция магнитного поля первых магнитов не превосходила 2 Тл. Наступила новенькая эпоха усиления мощности магнитов, но не методом роста их размеров, а средством совершенствования их формы и борьбы с насыщением. Нельзя сказать, чтоб данная борьба была чрезвычайно удачной. За 100 годиков данной напряженной войны физиков с непокорливой «насыщающейся» сталью индукция магнитного поля в магнитах возросла всего то в 2 с половиной раза. Над данной неувязкой работали почти все видные физики и электротехники.

Реферат: Уильям Стёрджен и первый в мире электромагнит

Стёрджен (Sturgeon) Уильям (22.5.1783, Уайтингтон, близ г. Ланкастер, — 4.12.1850, Престуич, близ г. Манчестер), английский изобретатель в области электротехники. Специального образования не получил. В 1825 изобрёл электромагнит, в 1830 разработал технологию изготовления пластин из амальгамированного цинка для гальванических элементов. Сконструировал гальванометр с подвижной катушкой (1836). Проводил исследования атмосферного электричества и занимался вопросами грозозащиты. В 1836 основал первый в Великобритании электротехнический журнал «Annals of Electricity».

После опубликования памфлета Эрстеда многие заинтересовались проблемами электромагнетизма: в том же 1820 г. Араго продемонстрировал проволоку с током, облепленную железными опилками, а Ампер доказал, что спираль с током – соленоид – обладает всеми свойствами природного магнита, притягивая мелкие железные предметы.

Что касается первого электромагнита, т.е. катушки, обтекаемой током и содержащей внутри железный сердечник, то его изобретения пришлось ждать еще пять лет. Это устройство создал Вильям Стерджен.

Он родился в Ланкастере в 1783 г. в семье сапожника. Отец не уделял семье ни малейшего внимания; он наслаждался жизнью, удил рыбу и слыл большим любителем петушиных боев. Молодого Вильяма послали учиться мастерству к сапожнику, и тот, по-видимому, держал его в черном теле. Вильям голодал, и поэтому, как только представился случай, сбежал от сапожника в воинскую часть. Было ему в то время девятнадцать лет. Через два года Вильям дослужился до артиллериста, он много читал, ставил физические и химические опыты.

Однажды, когда их часть стояла на острове Ньюфаундленд, налетел страшный ураган, сопровождавшийся молниями и громом. Ураган произвел на Вильяма неожиданно сильное впечатление и привлек его внимание к электричеству. Он стал читать книги по естествознанию, однако вскоре с горечью понял, что ничего в них не понимает. Тогда он решил начать с самых азов и занялся письмом, чтением и грамматикой. Сержант той же части снабжал его книгами, которые Вильям, освободившись от вахты, читал по ночам. Вскоре он перешел к математике, мертвым и новым языкам, оптике и естествознанию. Его страстью в свободное время было ремонтировать часы и чертить.

После освобождения от воинской службы в 1820 г. Стерджен купил токарный станок и посвятил себя изготовлению физических приборов, в частности электрических. Благодаря поддержке известного тогда химика Джеймса Марша он был назначен лектором в Военную академию Ост-Индской компании в Аддискомбе, где и преподавал до 1838 г.

Первым вкладом Стерджена в науку стала разработка им модифицированной модели вращающихся цилиндров Ампера, описанной в «Философском журнале» в 1823 г. На следующий год он написал четыре статьи по термоэлектричеству, а 23 мая 1825 г. представил Обществу искусств несколько усовершенствованных приборов для электромагнитных экспериментов, среди которых был ставший теперь знаменитым первый электромагнит. Идея цилиндрического и подковообразного магнитов захватила его еще в 1823 г. Тогда Стерджен и построил вращающееся «колесо Стерджена» – фактически одну из первых модификаций электромотора.

Стерджен сделал ряд очень важных открытий, о которых написал несколько статей, однако «Философский журнал», для которого они предназначались, отказался их печатать, и Стерджену не оставалось ничего, как создать свой собственный журнал – «Анналы электричества».

Читайте также  Процесс приватизации в России

Музей науки в Манчестере, директором которого стал Стерджен в 1840 г., был слишком научным, чтобы быть прибыльным, и Стерджен жил в бедности. В 1850 г. изобретатель электромагнита умер, так и не получив в награду за свое великое изобретение ни богатства, ни славы.

Ученик Стерджена, знаменитый английский физик Джеймс Прескотт Джоуль, писал, что Стерджен был высокого роста и хорошо сложен, обладал благородной внешностью и приятными манерами. К сожалению, портрета его не сохранилось. На его могильной плите выбито: «Здесь лежит изобретатель электромагнита. »

Устройство первого электромагнита

Первый в мире электромагнит, продемонстрированный Стердженом 23 мая 1825 г. Обществу искусств, представлял собой согнутый в подкову лакированный железный стержень длиной 30 и диаметром 1, 3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электроэнергией он снабжался от гальванической батареи (вольтова столба). Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные магниты такой же массы. Это было блестящее по тем временам достижение.

Сам Стерджен особенно высоко оценивал свою идею, связанную с заменой жесткого железа мягким. Ученый свободно оперировал такими понятиями, как «магнетизм», «магнитная энергия», «однородность магнитного материала», «отжиг железа» и т.д.

Правление общества оценило заслуги Стерджена. Он получил медаль и денежную премию, а первый электромагнит был выставлен в музее общества.

Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стерджена, сумел довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.

В 1828 г. лондонский часовой мастер Воткинс изготовил электромагнит, который поднимал 30 кг.

Тогда же профессор Молл из Утрехта, взяв за основу конструкцию Воткинса, изготовил магнит, «поднимавший наковальню массой 60 кг и не поднимавший наковальню массой 80 кг».

В 1832 г. Стерджен изготовил магнит, поднимавший 160 кг, но уже в том же году Марш создал магнит, способный поднять более 200 кг. Однако Стерджен не собирался терять первенства. По его заказу в 1840 г. был выполнен электромагнит, способный поднять уже 550 кг!

К тому времени у Стерджена нашелся очень сильный соперник за океаном. В апреле 1831 г. профессор Йельского университета Джозеф Генри (его именем названа единица индуктивности) построил электромагнит массой около 300 кг, поднимавший около 1 т.

Все эти магниты по конструкции представляли собой подковообразные стержни, обмотанные проволокой. Джоуль в ноябре 1840 г. создал магнит собственной конструкции, в виде толстой стальной трубы, разрезанной вдоль оси. Сечение этого магнита было очень большим, магнит оказался компактным и поднимал 1, 3 т. В то же время Джоуль построил магнит совершенно новой конструкции – притягиваемый груз испытывал действие не двух полюсов, как обычно, а значительно большего количества, что позволило резко увеличить поднимаемый груз. Магнит массой 5, 5 кг удерживал груз массой 1, 2 т.

Первые магниты были сделаны «как бог на душу положит». Однако не любая форма давала хороший результат. Случайно получилось так, что Стерджен для своего первого магнита выбрал очень удачную – подковообразную – форму (подковообразные магниты изготовляют до сих пор). Отсутствие опыта и элементарной методики расчета магнитов привело к тому, что некоторые разновидности магнитов, предложенные в то время, были бы, на наш взгляд, просто абсурдными. Так, трехлапый магнит не мог бы успешно работать, так как магнитные потоки каждого стержня противодействовали бы друг другу – поток одного стержня замыкали на втором стержне, где он действовал навстречу потоку этого стержня.

Негодной, на современный взгляд, оказывается и очень часто использовавшаяся конструкция, один магнит в которой составлен из трех более мелких и намотанных отдельно. Ясно, что в промежутках между этими маленькими магнитами магнитные поля двух соседних стержней взаимно уничтожаются.

Лабораторные магниты того периода изготовлялись «на глазок». Никакой теории, которая позволила бы заранее предсказать свойства магнитов, не существовало. Первый вклад в теорию расчета электромагнитов внесли русские ученые Э.X. Ленц и Б.С. Якоби, указавшие на связь подъемной силы электромагнита и произведение силы тока в катушках на число витков обмотки.

После Ленца и Якоби крупный вклад в теорию расчета магнитов внесли англичане братья Гопкинсоны, которые предложили метод учета насыщения – явления, давно замеченного проектировщиками магнитов и заключающегося в том, что в магните заданной формы после некоторого предела увеличением тока в катушках нельзя повысить его подъемную силу. Современная теория связывает это явление с тем, что при достижении некоторого намагничивающего тока элементарные магнитики (диполи) железа (ферромагнетика), ранее расположенные беспорядочно, в основном ориентированы в одном направлении и при дальнейшем усилении намагничивающего тока существенного увеличения числа магнитиков, ориентированных в одном направлении, не происходит. Насыщение стали привело к тому, что индукция магнитного поля первых магнитов не превышала 2 Тл.

Наступила новая эра усиления мощности магнитов, но не путем увеличения их размеров, а посредством совершенствования их формы и борьбы с насыщением. Нельзя сказать, чтобы эта борьба была очень успешной. За сто лет этой напряженной войны физиков с непокорной «насыщающейся» сталью индукция магнитного поля в магнитах возросла всего лишь в два с половиной раза. Над этой проблемой работали многие видные физики и электротехники.

Стёрджен, Уильям

Уильям Стёрджен (англ. William Sturgeon , 22 мая 1783 — 4 декабря 1850) — британский физик, электротехник и изобретатель, создал первые электромагниты и изобрёл первый английский работающий электродвигатель.

Содержание

Биография

Родился в Уиттингтоне, недалеко от Канфорта, графство Ланкашир, и в детстве был учеником сапожника. Он вступил в армию в 1802 году, и сам обучался математике и физике. В 1824 году он стал преподавателем науки в военной семинарии Ост-Индской компании в Аддискомбе, графство Суррей, а в следующем году он создал свой первый электромагнит. Он показал его силу, поднимая кусок железа весом девять фунтов (

4 кг) с помощью железного сердечника весом семь унций (

200 г), обёрнутого проводом, через которую тёк ток от единственной кислотной медно-цинковой батареи. В 1825 году Стёрджен изобрёл современный компас с помощью концепции электромагнетизма [источник не указан 117 дней] . В 1828 году он реализовал на практике идею Ампера о соленоиде [источник не указан 117 дней] .

В 1832 году он был назначен лектором в Аделаидской галерее практической науки в Лондоне, где впервые продемонстрировал электродвигатель на постоянном токе. В 1836 году Стёрджен начал заниматься журналом Annals of Electricity, Magnetism and Chemistry и в том же году изобрёл гальванометр. Стёрджен был близким соратником Джона Питера Гассиота и Чарльза Винсента Уолкера, и все трое сыграли важную роль в создании Лондонского Электрического общества в 1837 году [1] . В 1840 году он стал начальником Королевской викторианской галереи практической науки в Манчестере. Он тесно общался с Джоном Дэвисом, одним из учредителей галереи, и его студентом Джеймсом Прескоттом Джоулем. Этот круг в дальнейшем был расширен и включил Эдварда Уильяма Бинни и Джона Ли. Галерея была закрыта в 1842 году, и он зарабатывал на жизнь лекциями и показами. Он умер в Прествиче в 1850 году.

Библиография

  • Kargon, R. H. Science in Victorian Manchester: Enterprise and Expertise. — Baltimore: Johns Hopkins University Press, 1977. — ISBN 0-8018-1969-5

Примечания

  1. Harrison, W. J. (2004) «Gassiot, John Peter (1797–1877)», rev. Iwan Rhys Morus, Oxford Dictionary of National Biography, Oxford University Press, accessed 5 Aug 2007 (subscription required)

Ссылки

  • Уильям Стёрджен в БСЭ.
  • Первый электромагнит.

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Старгард
  • Старе Кейкуты (база)

Смотреть что такое «Стёрджен, Уильям» в других словарях:

Стёрджен Уильям — (Sturgeon) (1783 1850), английский электротехник. В 1825 изобрёл электромагнит. * * * СТЕРДЖЕН Уильям СТЕРДЖЕН (Sturgeon) Уильям (1783 1850), английский электротехник. В 1825 изобрел электромагнит … Энциклопедический словарь

Стёрджен Уильям — Стёрджен (Sturgeon) Уильям (22.5.1783, Уайтингтон, близ г. Ланкастер, ≈ 4.12.1850, Престуич, близ г. Манчестер), английский изобретатель в области электротехники. Специального образования не получил. В 1825 изобрёл электромагнит, в 1830… … Большая советская энциклопедия

Стёрджен У. — СТЁРДЖЕН (Sturgeon) Уильям (1783–1850), англ. электротехник. В 1852 изобрёл электромагнит … Биографический словарь

Стёрджен — (Sturgeon) Уильям (22.5.1783, Уайтингтон, близ г. Ланкастер, 4.12.1850, Престуич, близ г. Манчестер), английский изобретатель в области электротехники. Специального образования не получил. В 1825 изобрёл электромагнит, в 1830 разработал… … Большая советская энциклопедия

Хронология изобретений человечества — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия

Генри, Джозеф — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Генри. Джозеф Генри Joseph Henry … Википедия

Магнит — Подковообразный магнит из альнико сплава алюминия, никеля и кобальта. Магниты изготовляются в виде подковы для того, чтобы приблизить полюса друг к другу с целью создать сильное магнитное поле, с помощью которого можно поднимать большие куски… … Википедия

Электромагнит — Прямой провод с током. Ток (I), протекая через провод, создаёт магнитное поле (B) вокруг провода … Википедия

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: