Что такое индукция: определение, виды и особенности

Обновлено 20 июля 2022 165 Автор: Дмитрий Петров
Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Познание мира требует от человека не просто соответствующего уровня интеллекта, но и определенных мыслительных усилий.

И ключевыми инструментами в этом деле служат индукция и дедукция – два эффективных метода, благодаря которым любые объекты или явления ложатся в основу будущих теорий.

И даже если исключить проблемы научного поиска, у нас остается обычная жизнь, на протяжении которой мы только и делаем, что принимаем какие-то решения. Каждое из них – это целая цепочка размышлений и умозаключений, основанных на использовании самых разнообразных моделей рассуждения.

Как работают эти модели, рассмотрим ниже.

Индукция – это…

Чтобы было проще разобраться в этом понятии, обратимся к языковым предпосылкам из словарей, поскольку суть любого термина заключается в его расшифровке. Этимология слова «индукция» отсылает нас к позднелатинскому языку, когда в нем закрепились два понятийных маркера:

1. на базе существительного – inductio (подведение, наведение);
2. и на базе глагола – inducere (установить, влечь за собой).

Суть этих маркеров подразумевает процесс построения логической цепочки между поступком и его следствием.

Иными словами, под индукцией мы понимаем особый вид познавательных процедур, за счет которых выводится утверждение, обобщающее какие-либо частные факты.

Но таким ли смысловым оттенком обладает этот термин в других дисциплинах?

Несмотря на то, что индукцию можно считать универсальным явлением, чаще всего говорящий оперирует более распространенным определением, имеющим непосредственное отношение к логике.

То есть обычно имеется в виду такое рассуждение, при котором на основе наблюдений за частными случаями постепенно выводится некая общая закономерность либо теория.

Однако в семантическом спектре этого понятия имеют место и другие трактовки, значение которых обусловлено сферой их употребления. Например, индукция:

1. в физике – это процесс возникновения электродвижущей силы при изменениях магнитного поля, окружающего проводник;
2. в физиологии – это взаимная стимуляция процессов торможения и возбуждения нервной системы;
3. в медицине – это изменение активности и числа ферментов при взаимодействии с химическими соединениями;
4. в химии – это ускорение или инициация второй химической реакции при протекании первой.

Поскольку математика, экономика и юриспруденция опираются на логику, в них понятие индукции обозначает предвосхищение результатов, установление закономерностей и выведение доказательств. Насколько эта версия близка к истине?

Эксперименты Ампера

Такие же опыты повторял и Ампер. Правда, гальванометры, которыми пользовались оба ученых, были не такими, как у нас. Это были очень чувствительные к вибрациям приборы, поэтому их устанавливали в отдельной комнате. Ампер задвигал в катушку магнит и уходил в соседнюю комнату. Когда он шел, то не видел, что происходит с гальванометром, как прибор реагирует. Затем он вставлял магнит, возвращался в комнату с устройством, а стрелка показывала на отметку ноль. Ампер шел в лабораторию и вытаскивал магнит из катушки. Возвращался к гальванометру — стрелка опять показывала на ноль, физику никак не удавалось «поймать» индукцию проводника. Ампер разочаровывался снова и снова.

Логический дуализм

Еще один способ разобраться в индукции – обратиться к классике мировой литературы. Легендарный персонаж и весьма неординарная личность Шерлок Холмс пользовался дедуктивным методом, собирая из множества деталей общую картину преступления и попутно набрасывая портрет правонарушителя.

Благодаря дедуктивным умозаключениям сыщик мог вычислить профессию собеседника за считаные мгновения, опираясь на такие, казалось бы, мелочи, как наличие татуировок, потертостей на одежде и манере держаться. Это и были детали, общие для некоторых социальных групп.

А вот уже индуктивные суждения позволяли предположить – в частности, по сорту табака и земле на ботинках, – в какие места чаще всего ходил подозреваемый, ведь в других частях Лондона такого не наблюдалось.

Таким образом, Холмс оперировал обоими видами рассуждений в зависимости от ситуации – когда некоторые частные характеристики становились общими и наоборот. И хотя выводы могли оказаться ложными, они все равно помогали вести расследование. На этом зиждется взаимосвязь логических инструментов и их безусловная полезность при работе в связке.

Эмпиризм позволяет находить какие-то отдельные факты. Индукция помогает строить на этой базе предположения и логические цепочки. Размышления ложатся в основу обобщений, а затем свежеиспеченная гипотеза через дедукцию становится ключом к решению задач в большинстве частных случаев, дополняя и/или обновляя существующий практический опыт.

И цикл повторяется, пополняя багаж знаний о мире. Можно ли тогда считать знания, полученные посредством индуктивных построений, истиной в последней инстанции?

Превращение механической работы в энергию и наоборот

Электромагнитная индукция — это явление, на котором держится почти вся современная энергетика. Известно, что механическую работу можно превратить в тепло. Это сделать очень легко, нужно просто потереть ладони друг о друга. Так механическая работа переходит во внутреннюю энергию ладоней. Возможен ли обратный процесс? Можно ли тепловую энергию (внутреннюю) превратить в механическую работу? Можно, и это реализовано, например, в двигателях внутреннего сгорания.

Итак, в природе существует возможность провести процесс в одном направлении — превратить внутреннюю работу в тепловую энергию. Каким образом сделать все наоборот — внутреннюю энергию преобразовать в механическую работу (энергию)? Это открытие сделал Майкл Фарадей.

Старая добрая ложка дегтя

Наиболее качественную оценку может дать полная индукция, которая изучает все доступные объекты и явления.

Она описывает каждое свойство, не упуская ни единой детали, благодаря чему выводы по сути уподабливаются банальным перечислениям. Оспорить их чрезвычайно сложно – для этого придется доказать подлог или ошибку в описании.

Тем не менее сегодня в гораздо более востребованном положении оказывается неполная индукция, поскольку в мире Big Data физически невозможно объять все пласты знаний.

Поэтому выделяют контрольную группу, наблюдения за которой и ложатся в основу теории. При этом неполная индукция может быть:

1. популярной;
2. научной.

Первая просто пытается выявить схожие признаки у объектов исследования. Чем больше совпадений, тем надежней теория, хотя первое же несовпадение полностью перечеркнет предыдущие усилия.

В отличие от популярной индукции, более эффективной можно считать индукцию научную, умозаключения в которой могут быть выстроены благодаря трем форматам:

1. Посредством отбора случаев – когда во внимание принимаются все особенности изучаемого множества (то есть каждого из элементов). Тогда любое несовпадение с гипотезой позволяет отнести объект к другому классу и сохранить базовую теорию незабракованной. В противном случае выводится новая концепция.
2. Посредством исследования причинных связей – когда изучается конкретная совокупность обстоятельств, имевших место до момента наблюдаемого явления. Проще говоря, исследование причин уделяет внимание условиям, предваряющим рассматриваемое явление. Это и есть основа экспериментального изучения. Конкретизация обстоятельств не только делает гипотезу более стойкой к любой критике, но и уточняет эмпирический опыт.
3. Через изучение единичного объекта, который является единственным представителем определенной группы. В этих случаях, исключив индивидуальные особенности объекта изучения, тоже можно прийти к общим выводам. Риск ошибки остается, но в условиях ограниченного количества образцов выбирать не приходится.

Как видите, полученные в рамках индуктивных механизмов знания являются, как правило, довольно проблематичными, поскольку они всего лишь вероятностны. Этот фактор и обуславливает возникновение многочисленных ошибок как закономерного следствия неполноценных обобщений.

В свете этого большинство индуктивных суждений нуждается в многократной проверке на практике, когда полученное таким образом знание сопоставляется с опытом следствий, возникающих в результате индуктивного обобщения.

Тернистый путь Фарадея в науку

Семья Майкла жила в пригороде Лондона и еле сводила концы с концами. Продукты питания были настолько дорогими, что на неделю мальчику выделяли одну буханку хлеба, другой еды не было. Фарадей не стал работать у отца в кузне, не стал помогать маме-горничной. Когда ему исполнилось двенадцать, он устроился в книжный магазин. Сначала он работал посыльным, а потом помощником переплетчика, именно это решило судьбу Фарадея.

Он имел доступ к сотням книг, но наибольший интерес у него вызывали труды по различным разделам естествознания. Так Майкл увлекся науками, он читал Британскую энциклопедию и другие научные издания. Многие опыты, которые были там описаны, мальчик, несмотря на свой скромный достаток, повторял.

Казалось, что простому переплетчику невозможно пробиться в научный мир, но в судьбу вмешался случай. В книжный магазин, где работал Фарадей, часто приходили естествоиспытатели из Британской академии. Они увидели, что Майкл читает Британскую энциклопедию, заметили его заинтересованность, жажду знаний, поэтому предложили ему посетить лекцию мирового светила науки Гемфри Дэви.

Дэви читал курс популярных лекции по физике и химии. Мальчик законспектировал лекции, красиво переплел конспект и передал их ученому с просьбой, чтобы тот взял его к себе на работу.

Дэви отказал юному дарованию, потому что на тот момент не было вакансий, однако Фарадею в очередной раз улыбнулась удача. В лаборатории, где работал Гемфри Дэви, произошел взрыв, и стеклянная посуда, лопнув, повредила зрение физика. Какое-то время ученый не мог читать и писать. К счастью, он вспомнил о мальчике, который интересуется наукой, и пригласил его к себе в помощь. Через некоторое время Дэви окончательно взял Фарадея к себе на работу.

Замена магнита

Фарадей решил провести опыт с электромагнитом. Чтобы понять, что такое индукция, мы повторим тест ученого. Возьмем катушку (буква А на рисунке), на которую намотан провод. Чтобы он создавал поле, подключим его к источнику тока и включим. Видим, что сила тока около 1-1,5 ампера. По катушке течет ток, поэтому она превратилась в электромагнит. Вставляем, а затем вынимаем меньшую катушку из большей (буква В на рисунке), и видим, что стрелка гальванометра (прибор на рисунке обозначен буквой G) реагирует.

Неисправности индукционных плит

Электромагнитный принцип работы индукционной плиты подразумевает высокую надежность и долговечность устройства.

Несмотря на это, в процессе эксплуатации возможны некоторые поломки:

• Низкая мощность конфорки. Вероятная причина — неправильная установка посуды, которая находится не по центру рабочей поверхности. Возможна ситуация, когда диаметр кастрюли (сковороды) меньше диаметра нагреваемой зоны. Также к причинам стоит отнести неполное прилегание посуды к поверхности или перегрев индукционной обмотки;
• Не работают конфорки с левой стороны печи. Вероятная причина — поломка блока управления или питающей платы;
• Выход из строя одной из рабочих зон. Перед приготовлением важно соблюсти определенную последовательность включения. Сначала выбирается конфорка (с помощью сенсорной панели), а после этого выставляется мощность. Если все сделано правильно, проверьте применяемую посуду на факт соответствия индукционной плите (по диаметру и материалу). В случае если посуда соответствует правилам, а комфорта все равно не работает, активируйте тестовую проверку температурного датчика и замените его (при необходимости). При исправности датчика убедитесь, что посуда плотно прилегает к поверхности;
• Не работают две конфорки с правой стороны. Причина неисправности часто кроется в плохом контакте клеммной коробки или перегорании предохранителя. Стоит проверить качество соединения блока управления и питающей платы. В крайнем случае, требуется замена блока;
• Вышел из строя индикатор остаточного тепла. Действия — проведение тестовой проверки, по результатам которой делается вывод об исправности температурного датчика. Если деталь исправна, меняется блок управления. В случае сбоев в работе дисплея стоит проверить качество соединения панели и управляющего блока;
• Конфорка не включается, а сообщения на экране отсутствуют. Проверьте сетевой выключатель, предохранитель, а также качество соединения блока управления с платой питания и сенсорной панелью;
• Отказ охлаждающего вентилятора. Обратите внимание на установленную мощность. Если она минимальна, вентилятор сработает не сразу, а после достижения температуры воздуха 50 градусов Цельсия. Проведите тестовую проверку. В случае выхода из строя вентилятора, выполните его замену. Если этот узел исправен, замените блок управления;
• Индукционная плита издает звуковой сигнал в непрерывном режиме. Вероятная причина — выход из строя блока управления;
• Конфорка максимальной мощности (3 кВт) не срабатывает. Включение рабочей зоны иногда блокируется во избежание перегрева блока индукционных конфорок. Если проблема проявляется без причины, меняется блок управления;

• Автоматическое отключение варочной панели. Принцип работы индукционной плиты построен так, что отключение производится в трех случаях. Во-первых, если время задавалось таймером. Во-вторых, если конфорка работает больше двух часов. В-третьих, когда по истечении 10 секунд после включения никаких действий не происходит.

Использование

Индуктивное мышление как единственно верный способ получения достоверной информации использовать нельзя. В совокупности с дедуктивным они составляют всестороннее глубокое изучение выбранного одного или нескольких явлений. Общий вывод, полученный дедуктивным методом, подтверждается признаками, выявленными путем индукции. Использование двух методик одновременно дает человеку возможность построить достоверный вывод, всесторонне изучив его элементы. Те признаки, которые не являются истинными, сами отпадут в процессе обработки информации.

Результат выбирается путем сравнения оставшихся, наиболее вероятных элементов, подходящих по всем параметрам. Судя по работам Декарта и других ученых, изучавших это явление, выводы строились при использовании комбинации дедуктивного и индуктивного мышления. Появление ложных выводов таким способом минимизировалось. У ученого, который пытается «подогнать» признаки под желаемый вывод, появляются очевидные проблемы. Если использовать оба способа мышления.

Как развить?

Для формирования индуктивного мыслительного процесса необходимо развивать гибкость мышления в целом. Для этого надо расширять кругозор, увеличивать собственное жизненное пространство. Человек, мыслящий однобоко, не способен строить множество вероятностей развития событий, полно и достоверно объяснять какое-нибудь явление.

Формулировку выводов надо производить только на основе точных суждений. Понятие об истине и достоверности сведений может сформироваться только при получении конкретизированных выводов. С этой целью необходимо обращаться к новым знаниям, почерпнутым из прочитанных книг. Чтение развивает мыслительную деятельность индивида, который мысленно строит взаимосвязанные цепи получаемых сведений, приходит к правильному результату. Решение логических и математических задачек позволяет натренировать одновременно индуктивный и дедуктивный способы размышления.

Минусы индуктивного подхода

Применение индуктивного метода имеет границы. Задача логики — обозначить их. Проведение аналогии не является доказательным методом, но дает возможность для поиска общих черт предметов и явлений. Для получения достоверного результата, необходимо иметь достаточное количество разнообразных примеров, чтобы представлять всю группу явлений.

Учитывая это, индуктивные заключения часто приводят к ошибочному выводу. Использование индукции предполагает работу со следствием, которое может быть вызвано разными причинами или их сочетанием. Поэтому достоверность полученной информации напрямую зависит от интеллектуальных способностей исследователя. Формируя умозаключения, он опирается только на свою логику и рационализм.

Неспособность отделить правдоподобные версии приводит к ошибочному выводу. А поскольку познавательные возможности человека ограничены, всегда существует риск анализа по ошибочному признаку и получения ложного результата.

Проведение опыта

Чтобы изучить индукцию, проведем опыт с постоянным магнитом. Подключим катушку к гальванометру. Не обязательно вводить магнит внутрь, как это делал Фарадей, можно вставить в нее железный сердечник. Стрелка при этом не отклоняется, но поскольку железо усиливает поле, то большой магнит можно двигать даже вдали от катушки. Стрелка гальванометра будет отклоняться все равно. Значит, движение магнита возле или внутри катушки порождает в ней электрический ток.

Почему Фарадею удалось сделать открытие

У Фарадея был помощник по фамилии Андерсон. Сорок лет он ассистировал Фарадею в лаборатории. Они работали вдвоем: Андерсон в одной комнате смотрел за показаниями гальванометра, а Фарадей в другой брал катушку и вставлял в нее магнит. Совершая это действие, Фарадей услышал через открытые двери слова Андерсона о том, что стрелка отклонилась. Когда он вынул магнит, то помощник сообщил, что стрелка отклонилась в другую сторону.

Затем Фарадей поменял полярность магнита и вставил его в катушку другим полюсом. Андерсон сказал, что стрелка гальванометра отклонилась в ту же сторону, что и в последний раз. Позже Фарадей объяснял это явление изменением вектора индукции. При вытаскивании магнита из катушки стрелка отклонилась в ту же сторону, что и в первый раз. Фарадей и Андерсон увидели, что движение магнита в катушке порождает в ней электрический ток.

Самоиндукция

В этом случае рассматривается ситуация, когда изменение движения электронов порождает ЭДС, вызывающий индукционный ток в этом же проводнике.

Взяв за основу правило Ленца, можно утверждать, что он имеет направление, противоположное первоначальному изменению.

Самоиндукция похожа на явление инерции. Тяжёлое тело невозможно остановить мгновенно. Также нельзя изменить силу тока за один миг до нужной величины из-за наличия явления самоиндукции.

Это свойство можно продемонстрировать следующим опытом. Нужно сделать две электрических цепи. В одной из них имеется источник и лампочка. Другая сделана аналогичным образом, но различие состоит в том, что в цепь добавлена катушка.

В первой цепи после включения лампочка загорается сразу. Во второй, учитывая наличие индуктивного элемента, это происходит с заметным опозданием.

После размыкания свет в первой лампочке отключается практически мгновенно, а во второй это происходит замедленно. Важно отметить, что в процессе выключения индукционный ток может превысить первоначальный. Поскольку в этой ситуации он направлен также, как и рабочий, то сила тока может возрасти. В некоторых цепях это может вызвать перегорание лампочки.

Контур одновиткового типа и индуктивность катушки

Одновитковые контуры, пронизанные величиной потока магнитной природы, связаны с уровнем тока, что выражается здесь:

Φ = L I

Где L – это индуктивная способность единичного витка.

При наличии количества витков в размере – N, выражение принимает другой вид:

Ψ = L I

В таком виде Ψ = ∑ (N, I = 1) Φi – это общее количество потоков магнитной природы, проходящих сквозь имеющиеся витки. L – становится индуктивностью катушки с большим количеством витков. Ψ – величина потокосцепления.

L – называют коэффициентом пропорциональности или самоиндукции. В случае, когда ток воздействует на все витки с равной силой, получаем Ψ = N Φ. Этому соответствует LN = L1 N2.