I dag skal vi snakke om opplevelsen til Faraday, en engelsk fysiker, og viktigheten av elektromagnetisk induksjon i den moderne verden.
Sol, lyn, vulkan
Gamle mennesker tilbad det uforståelige. Vi snakker om tidene da den mest avanserte oppfinnelsen var muligheten til å kombinere en pinne og en stein til et enkelt verktøy. Det var ingen forklaring på solens daglige gang, månens faser, vulkaner, forekomsten av lyn og torden.
Med tordenvær har menneskeheten en egen roman. Brann fordrev mørket, ga en følelse av trygghet, inspirerte oppdagelser. Og forskere antyder at den første kontrollerte brannen ble opprettet av ved som ble satt i brann av lynet.
Hammer og magnet
Litt senere lærte folk å bruke varme for å smelte metall. De første sterke redskapene dukket opp som bidro til å erobre naturen rundt. Utelukkende ved å eksperimentere, snublet sannsynligvis forskjellige mestere over uvanlige og merkelige hendelser. For eksempel kan et stykke jern plutselig bevege seg i nærvær av et annet (magnetisme). På det nittende århundre ble disse fenomenene forklart av eksperimentene til Faraday (elektromagnetisk induksjon i moderne forstand oppsto nettopp da).
Vitenskap ogkonger
Elektrisk strøm har vært kjent i lang tid. De visste hvordan de skulle skille jern fra glass ved egenskapen til å lede elektroner på Michelangelos tid. Men frem til begynnelsen av det nittende århundre ble dette fenomenet utelukkende ansett som et morsomt fenomen. I tillegg har forskere alltid vært sponset av en velstående filantrop - en greve, hertug eller konge. Og de investerte pengene burde som du vet ha lønnet seg. Så fysikere og kjemikere trengte å jobbe på en slik måte at den militære makten til adelsmannen økte, han fikk mer overskudd eller nøt et lysende skue.
Noen eksperimenter ble vist til gjestene som et tegn på makten til eieren av pengene. Galileo k alte månene til Jupiter han oppdaget til ære for sin beskytter, Medici. Slik var det med elektrisitet. Faradays eksperimenter bekreftet elektromagnetisk induksjon eksperimentelt. Men før ham var det Oersteds studier.
Elektrisk eller magnetisk?
Magneten (hoveddelen av kompasset) ble brukt av sjømenn som oppdaget Amerika, Australia og veien til India. Elektrisitet var interessant moro. I 1820 beviste den danske forskeren Hans Christian Oersted sammenhengen mellom de magnetiske og elektriske egenskapene til ledere. Eksperimentet hans var forløperen til Faradays eksperiment, fenomenet elektromagnetisk induksjon og alt som fulgte av oppdagelsene fra disse årene.
Så, Oersted tok en lineær leder (tykk ledning) og plasserte en magnetisk nål under den. Da forskeren startet strømmen, forskjøv magnetens poler: pilen sto vinkelrett på lederen. Fysikeren gjentok eksperimentet mange ganger,endret eksperimentets geometri og retningen til strømmen i lederen. Resultatet var det samme: plasseringen av polene til den magnetiske nålen var alltid den samme med hensyn til elektronenes bevegelsesvektor. Nå virker denne opplevelsen veldig enkel og forståelig. Men oppdagelsen fikk vidtrekkende konsekvenser: Oersted beviste det direkte forholdet mellom elektriske og magnetiske felt.
Eiendomsforhold
Men hvis den elektriske strømmen var i stand til å påvirke magneten, kan magneten få elektronene til å bevege seg? Dette er hva Faraday prøvde å bevise med eksperimentet, beskrivelsen som vi nå vil gi.
Forskeren viklet ledningen til en spiral (spole), koblet en strømdeteksjonsenhet til den og brakte en magnet til strukturen. Målernålen flimret. Opplevelsen viste seg å være vellykket. I fremtiden brukte Michael Faraday forskjellige tilnærminger og fant ut: hvis vi i stedet for en magnet tar en spole og eksiterer en strøm i den, vil en strøm også vises i den tilstøtende spolen. Samspillet er enda mer effektivt når en ledende kjerne settes inn i svingene til begge heliksene.
loven om elektromagnetisk induksjon
Faradays induksjonslov for en lukket krets er uttrykt med formelen: ε=-dΦ / dt.
Her er ε den elektromotoriske kraften som får elektronene til å bevege seg i lederen (forkortet EMF), Φ er størrelsen på den magnetiske fluksen som for øyeblikket passerer gjennom et gitt område, og t er tiden.
Denne formelen er differensial. Dette betyr at EMF skal beregnes for alle små tidsperioder ved å bruke små arealbiter. MENfor å få den totale elektromotoriske kraften, må resultatet summeres.
Minus i formelen skyldes Lenz sin regel. Den lyder: Induksjons-emk er rettet slik at den energiserte strømmen blokkerer endringen i strømningsretningen.
Det er ganske enkelt å forklare denne regelen med et eksempel: når strømmen i den første spolen øker, vil strømmen i den andre også øke; når strømmen i den første spolen avtar, vil den induserte også svekke seg.
Anvendelse av Faradays lov
Moderne liv er utenkelig uten strøm. I The Day the Earth Stood Still endrer Keanu Reeves' karakter løpet av menneskets historie ved å slå av generatorene. Vi vil ikke snakke om mekanismene til denne hendelsen nå. Fiksjonen gir fritt spillerom til fantasien, men beskriver ikke mulighetene. Men konsekvensene av et slikt fenomen ville være virkelig globale: fra ødeleggelse av urban infrastruktur til hungersnød. Mennesker ville faktisk måtte gjenoppbygge sivilisasjonen sin for å tilpasse seg en tilværelse uten elektrisitet.
Mange science fiction-forfattere utnytter handlingen om en global katastrofe. I tillegg til strømbruddet er årsakene til en så stor endring:
- utenlandsk invasjon;
- feil bakteriologisk eksperiment;
- tilfeldig oppdagelse av en fysisk lov som endrer strukturen til materie (for eksempel is-9);
- atomkrig eller katastrofe;
- et evolusjonært sprang av mennesker (den nye menneskeheten trenger rett og slett ikke teknologi).
Søk etter energikilder ereget område for menneskelig aktivitet. Folk bruker energien fra fossile ressurser, vann, vind, bølger, varmen fra underjordiske termiske vann og atomet for å få elektrisitet. Alle stasjoner fungerer takket være prinsippet, hvis eksistens ble bevist av Faraday i eksperimentene hans. Dessuten er ordningen for å generere elektrisitet ikke så forskjellig fra eksperimentet hans: en viss kraft roterer en enorm magnet (rotor), og som igjen eksiterer strøm i spolene.
Selvfølgelig fant folk et utmerket materiale for kjerner, lærte å lage enorme spoler, isolere viklingslag fra hverandre mye bedre. Men generelt sett står moderne sivilisasjon på erfaringen produsert av Michael Faraday i august 1831.
