ブロンデルの実験

ブロンデルの実験は、1914年に物理学者 アンドレ・ブロンデルが電磁誘導の最も一般的な法則を決定するために行った一連の実験である。実際、ブロンデルは「誘導の最も一般的な法則とは何かという問題について、重要な議論が繰り返し行われてきた。起電力（emf）は、導体を取り囲む磁束（）の変化の積として考えるべきなのか、それとも導体がこの磁束の一部を掃引するという事実として考えるべきなのか？」と述べている。^[1]${\displaystyle \Phi}$

最初のケースではブロンデルはファラデー・ノイマンの法則に言及しました。これは最も一般的な法則であると考えられています^{[2] [3]} 。一方、2番目のケースではローレンツ力に言及しました。

通常、最初のケースを検証するための実験は、磁石の磁気誘導場と連結された、時間とともに変化する閉導電回路内の誘導電流を測定することから成り、一方、2番目のケースを検証するためには、通常、可変形状の閉回路内または磁場定数を垂直に切断して移動する閉回路内の誘導電流を測定します。^{[4] [5] [6]} ${\displaystyle B}$${\displaystyle B}$${\displaystyle B}$

しかし、2番目のケースは磁束の変化によるもので、磁束の強度が変化するからではなく、磁場が横切る 表面が変化するからである。 ^[7]${\displaystyle \Phi =B\cdot S}$${\displaystyle B}$${\displaystyle S}$

一方、ブロンデルは「コイルの巻き数を連続的に変化させることによって、コイルを通過する磁束の総量を変化させる新しい装置^[8]」を考案した。^[1]このようにして、と各コイルに対しては一定であるが、総磁束は磁場の影響を受けるコイルの数に応じて変化する。 ${\displaystyle B}$${\displaystyle S}$${\displaystyle B}$

したがって、単一のループに連結された磁束と ループの総数を考えると、ファラデー-ノイマンの法則により、結果として生じる起電力は次のようになります。 ${\displaystyle \Phi}$${\displaystyle N}$

${\displaystyle \mathrm {emf} =-{d(\mathrm {N} \Phi ) \over dt}=-\Phi {d\mathrm {N} \over dt},}$

つまり、時間内の回転数の変化に依存します。

ブロンデルは、装置の 4 つの構成をテストし、磁束の変化が必ずしもそれに連結された回路に起電力を生成するわけではないことを実証し、ファラデー・ノイマンの法則は一般法則ではないという結論を下しました。

この装置は電磁石Eで構成され、その U 字型のコアは 2 つの大きな平行プレートPとP ' で終わっています。2 つの誘導コイルB がEに磁場を生成します。2 つのプレートの間には回転する木製ドラムTがあり、その上に絶縁電線が巻かれています。電線はドラムの中心から出て、ドラムと一体化しており、ドラム自体に対して直径が無視できるリングbに接続します。スライド接点fは抵抗器Rを介して電線を検流計 Gに電気的に接続し、ドラムが回転しているときでも電流が流れるようにします。

ガルバノメータには、最初のドラム T ' と鏡面状に別のドラムT ' が接続されており、このドラム T ' はモーターMに接続されており、調整可能な速度でドラムT ' を回転させることができます。

最後に、両方のドラムの中心を通過する電線は、一方のドラムに一定回数巻かれた後、もう一方のドラムに到達し、回路が閉じます。モーターMが始動すると、 Tの周りのコイルの数を減らしてT 'の周りのコイルの数を増やすことができます。またはその逆も可能です。^[9]

ブロンデルは、 f を通るワイヤをTに巻かれたワイヤに4 つの異なる方法で接続し、それぞれ異なる実験を行っています。

Tに巻かれたワイヤは、図に示すように、直径が無視できるほど小さい 導電リングbを介して、滑り接点fが載っている回転軸に直接接続されます。

ドラムT 'をモーターMに接続すると、ドラムT 'はすぐに一定速度に達し、もう一方のドラムTも同様に一定速度に達します。この速度を約1分間維持すると、ガルバノメーターの針が動き、起電力（emf）の存在を示します。^[10]

Tに巻かれたワイヤは、ドラムTの直径と同じ直径でドラムと一体化した導電リングに接続されています。接点f は、ドラムとともに回転するリングの端に沿って配置されています。

したがって、前の実験と比較すると、 f はコイルの中心に接続されるのではなく、コイル自体の半径と同じだけ中心から離れた点に接続されます。

この場合、ガルバノメータは、ファラデーの元の実験を念頭に置いて予想されるものとは異なり、ドラムの回転中に誘導される起電力がゼロであることを示しています。

ブロンデルは、回転中にfとコイル線とリングの接続点との間の回路が、互いに部分的に中和する2つの異なる経路をたどる可能性があるという事実による結果であるという反論を受けることを恐れたため、3番目の実験を行いました。^[11]

Tに巻かれたワイヤは、ドラムの端から出ているスライド接点によって、ドラムTの直径と同じ直径を持ち、ドラムと平行であるがドラムが回転している間は静止したままであるように切り離された固体導電性ディスクの端に接続されます。接点f はディスクの中央部分に直接接しています。

この場合も、ガルバノメータで測定された 起電力はゼロになります。

ブロンデルは最後の2つの結果から、最初の実験で測定された起電力は磁束の漸進的な減少によって生じたのではなく、コイルの中心とブラシfを接続するワイヤによる磁束の掃引によって生じたと結論付けている。^[12]

これをさらに確認するために、彼は4番目の実験を行います。

Tに巻かれたワイヤは、ドラム T の直径と同じ直径を持ち、ドラムTと一体化した固体ディスクの端に接続されています。接触f はディスクの中心に対してストリップします。

この場合、検流計は最初の実験とまったく同じ起電力を記録します。それだけでなく、ドラムを動かさずにディスクを回転させると、回路の一部が流れを掃引することによってのみ発生する同じ起電力を記録します。さらに、コイルの接触点をディスクの外側の端から中心まで変えると、誘導起電力は、2 つの接続点間の距離を半径とする円の面積に比例します。^[13]

結果はファラデーディスクに類似しています。

ここからブロンデルは次のように推論する。

1) 磁場が一定の場合、最初の実験 (回転軸 - ドラムのエッジ部分) のように、回路が磁場の力線を切断する場合にのみ起電力が発生します。これが起こらない場合は、回路を通る総磁束が変化しても、2 番目の実験のように 起電力は発生しません。

2) 3番目の実験のように、回路の閉じた線（軸端部分）が固体導体内で移動する（ただし導体は静止したまま）場合と、4番目の実験のように導体全体が移動する（この場合はローレンツ力が作用する）場合とは同等ではない。

したがって、「誘導の法則のあまりに一般的な記述は不正確であるとして却下しなければならない」^{[13]し、「}起電力は、閉回路を通過する磁力線の数が変化したときに発生します^[14] ...」という記述には、「導体が磁力線を掃引することによって、または誘導子自体の磁場の変化によって変化が生成される場合」という記述を追加する必要がある。^[15]

基本的に実験は、磁束の変化のみを考慮に入れたファラデーの基本法則が、誘導の一般法則ではあり得ないことを示しています。実際、一般式を得るには、ローレンツ力による寄与も含める必要があります。

• カール・ヘリング
• マクスウェル・ロッジ効果
• リカルド・フェリチ

• M. アンドレ ブロンデル (1914)。 「Sur l'énonce le plus général des lois de l'induction」。科学アカデミーの会合を完了します。159 : 674–679。
• カール・ヘリング (1908)。「電磁誘導の基本法則の通常の記述における不完全性」。アメリカ翻訳、IEE、27 :1341–1371。
• カール・ヘリング (1908)。「誘導における新しい要素: 「ループ」対「切断力線」」「電気の世界. 51 :5581. 」
• ジュゼッペ・ジュリアーニ。パオラントニオ マラッツィーニ (2012)。 「Induzione elettromagnetica: un possibile percorso Didattico」(PDF)。ラ フィシカ ネッラ スクオーラ。XLV (2): 55–66。
• カーク・T・マクドナルド。「ヘリングのフラックス・リンケージ・パラドックス」（PDF）。
• カーク・T・マクドナルド。「ブロンデルの実験」(PDF)。