Faradayjev zakon i iskustvo

Danas ćemo govoriti o iskustvu Faradaya, engleskog fizičara i važnosti elektromagnetskih indukcija u suvremenom svijetu.

Sunce, munje, vulkan

Drevni ljudi obožavali su nerazumljivo. Govorimo o vremenima kada je najnapredniji izum bio sposobnost kombiniranja štapa i kamena u najjednostavniji alat. Objašnjenje nije bilo dnevni tok Sunca, faze mjeseca, vulkani, pojava munje i grmljavine.

Uz grmljavinu, čovječanstvo ima poseban roman. Vatra je raspršila tamu, dala osjećaj sigurnosti, nadahnula otkrića. I znanstvenici sugeriraju da je prva uspio požar stvorena od drveta, zapaljena munjom.

Čekić i magnet

Malo kasnije, ljudi su naučili koristiti toplinu da se rastopi metal. Prvi jaki alati pojavili su se, što je pomoglo osvajanju okolne prirode. Krenuvši isključivo eksperimentalnim putem, različiti majstori su sigurno naišli na neobične i čudne incidente. Na primjer, jedan komad željeza mogao bi odjednom početi kretati u prisustvu drugog (magnetizam). U devetnaestom stoljeću, ovi su fenomeni objasnili eksperimente Faradaja (u to je vrijeme nastalo elektromagnetska indukcija u modernom smislu).

Znanost i kraljevi

Električna struja je poznata već duže vrijeme. Da bi se razlikovalo željezo od stakla na sposobnost provođenja elektrona bili su sposobni u vrijeme Michelangela. No, prije početka devetnaestog stoljeća, taj fenomen se smatra isključivo zabavnim fenomenom. Osim toga, znanstvenici su uvijek sponzorirali bogati filantrop - grof, vojvoda ili kralja. I uloženi novac, kao što znate, trebao bi se isplatiti. Stoga su fizičari i kemičari morali raditi na takav način da se vojna snaga plemića ojačala, dobit će veliku dobit ili uživati ​​u sjajnom spektaklu.

Gosti su pokazali neke pokuse kao znak moći novca. Galileo je nazvao satelite Jupitera koji su ih otkrili u čast svog zaštitnika Medicija. Tako je to bilo i sa strujom. Eksperimenti Faradayova elektromagnetska indukcija potvrđena je eksperimentalno. Ali pred njim su bile studije Oersteda.

Električni ili magnetski?

Magnet (glavni dio kompasa) koristili su mornari koji su otkrili Ameriku, Australiju i put u Indiju. Struja je bila zanimljiva zabava. Godine 1820. danski znanstvenik Hans Christian Oersted dokazao je povezanost magnetskih i električnih svojstava vodiča. Njegov eksperiment bio je prethodnik Faradayevog iskustva, fenomen elektromagnetskih indukcija i sve što je uslijedilo otkrića tih godina.

Dakle, Oersted je uzeo linearni vodič (debela žica) i stavio ispod nje magnetsku iglu. Kada je znanstvenik pustio strujni tok, magnetski stupovi su se pomicali: strelica se podigla okomito na dirigent. Fizičar je nekoliko puta ponovio eksperiment, promijenio geometriju eksperimenta i smjer struje u vodiču. Rezultat je bio isti: položaj polova magnetske igle bio je uvijek isti u odnosu na vektor pokreta elektrona. Sada ovo iskustvo izgleda vrlo jednostavno i razumljivo. Ali otkriće je imalo dalekosežne posljedice: Oersted je dokazao izravnu vezu između električnih i magnetskih polja.

Odnos vlasništva

Ali budući da je struja mogla utjecati na magnet, može li magnet izazvati kretanje elektrona? To je ono što je pokušalo dokazati Faradayovo iskustvo, opis kojeg sada dajemo.

Znanstvenik je zakucao žicu u spiralu (spirala), povezivši s njim strujni uređaj za snimanje i doveo u strukturu magnet. Strelica kolosijeka prigušila se. Iskustvo je bilo uspješno. Kasnije, Michael Faraday koristi različite pristupe i otkrili da ako se umjesto toga uzeti jednog magneta zavojnice i uzbuditi u njemu struje, a zatim u sljedećem zavojnice struja je također prikazan. Interakcija je još učinkovitija kada se unutar spirala oba spirala umetne vodljiva jezgra.

Zakon elektromagnetske indukcije

Faradayjev indukcijski zakon za zatvorenu petlju izražava se formulom: epsilon = -dPhi- / dt.

ovdje epsilon- je elektromotorna sila koja uzrokuje da se elektroni kreću u vodiču (skraćeno EMF), Phi je magnituda magnetskog toka koji prolazi u određenom trenutku kroz određeno područje, i t je vrijeme.

Ova je formula diferencijalna. Stoga, EMF treba izračunati za sve male vremenske periode u malim dijelovima područja. Da biste dobili punu elektromotornu silu, rezultat je potrebno zbrajati.

Minus u formuli je zbog Lenzovog pravila. On kaže: EMF indukcije je usmjeren tako da ekscitirana struja blokira promjenu u smjeru protoka.

Objasni ovo pravilo na primjeru je sasvim jednostavno: s povećanjem struje u prvoj zavojnice, tekuće drugi kao vyrastet- kad je struja u prvoj zavojnici inducirane će oslabiti.

Primjena Faradayjevog zakona

Moderni život ne može se zamisliti bez struje. U filmu "Dan na kojemu je zemlja ostala", junak Keanu Reeves mijenja tijek ljudske povijesti, isključujući generatore. Sad nećemo razgovarati o mehanizmima ovog incidenta. Fantazija daje slobodan pogled na maštu, ali ne opisuje mogućnosti. No, posljedice tog fenomena bi bile uistinu globalne: od uništenja infrastrukture gradova do gladi. Ljudi bi trebali obnoviti civilizaciju kako bi se prilagodili postojanju bez struje.

Mnogi fantasy književnici iskorištavaju zemljište globalne katastrofe. Osim isključivanja struje, razlozi takvih ozbiljnih promjena su:

• inostrana invazija;
• pogrešno provedeno bakteriološko ispitivanje;
• slučajno otkrivanje fizičkog zakona koji mijenja strukturu materije (na primjer, led 9);
• nuklearni rat ili katastrofa;
• evolucijski skok ljudi (novo čovječanstvo jednostavno ne treba tehniku).

Potraga za izvorima energije je zaseban prostor ljudske djelatnosti. Ljudi koriste energiju fosilnih izvora, vode, vjetra, valova, toplote podzemnih termalnih voda i atoma kako bi dobili struju. Sve stanice rade zahvaljujući principu, postojanju kojeg je Faraday dokazao u svojim eksperimentima. Osim toga, krug napajanja primanje nije previše različit od eksperimenta: sila okreće ogroman magnet (rotor), a to je, pak, uzbuđuje struje u zavojnice.

Naravno, ljudi su pronašli odličan materijal za jezgre, naučili kako napraviti ogromne bobine, mnogo bolje izolirati slojeve namotaja jedni od drugih. Ali općenito, moderna civilizacija temelji se na iskustvu, koje je producirao Michael Faraday u kolovozu 1831.