Zakon elektromagnetske indukcije. Pravilo Lenz i Faraday

Danas ćemo otkriti takav fenomen fizike kao "zakon elektromagnetskih indukcija". Reći ćemo zašto je Faraday proveo eksperimente, davao formulu i objasnio važnost fenomena za svakodnevni život.

Antički bogovi i fizika

Drevni ljudi obožavali su nepoznato. A sada se čovjek boji ponora mora i udaljenosti kozmosa. Ali znanost može objasniti zašto. Podmornice uklanjaju nevjerojatan život oceana na dubini od preko kilometra, a svemirski teleskopi proučavaju objekte koji su postojali tek nekoliko milijuna godina nakon velike buke.

Ali onda su ljudi divili sve što ih je fascinirao i zabrinulo:

• izlazak;
• buđenje biljaka u proljeće;
• kiša;
• rođenje i smrt.

U svakom objektu i fenomenu živjeli su nepoznate sile koje su vladale svijetom. Djeca su do sada humanizirala namještaj i igračke. Ostati bez nadzora odraslih, maštali su: pokrivač će se zagrliti, stolica će stati, prozor će se otvoriti.

Možda je prvi evolucijski korak čovječanstva bio sposobnost održavanja vatre. Antropolozi upućuju na to da su najranjivi požari osvijetljeni s drveta u kojemu je munja pogodila.

Tako je električna energija odigrala veliku ulogu u životu čovječanstva. Prva munja potaknula su razvoj kulture, osnovni zakon elektromagnetskih indukcija doveo čovječanstvo u sadašnju državu.

Od octa do nuklearnog reaktora

U piramidu Cheopsa nalazili su se čudne keramičke posude: vrat zatvoren voskom, u dubinama skriveni metalni cilindar. Na unutrašnjosti zidova nalazili su se ostaci octa ili kiselog vina. Znanstvenici su došli do senzacionalnog zaključka: ovaj je artefakt bateriju, izvor energije.

Ali prije 1600. nitko nije proučavao taj fenomen. Prije premještanja elektrona istraživana je priroda statičkog elektriciteta. Činjenica da jantar daje redove, ako je utrljava na krzno, bili su poznati čak i od starih Grka. Boja tog kamena podsjetila ih je na svjetlost zvijezde Elektre iz Plejada. A naziv minerala postao je zauzvrat prigoda krstiti fizički fenomen.

Prvi primitivni DC izvor izgrađen je 1800. godine

Naravno, čim se pojavi dovoljno snažan kondenzator, znanstvenici su počeli proučavati svojstva dirigenta povezanog s njom. Godine 1820. danski znanstvenik Hans Christian Oersted otkrio je da magnetska igla odstupa pokraj vodiča koji je uključen u mrežu. Ta činjenica dovela je do otkrića Faradayev zakon indukcije (formula je prikazan ispod), što je omogućilo čovječanstvo za proizvodnju električne energije iz vode, vjetra i nuklearnog goriva.

Primitivan, ali moderan

Fizička osnovica eksperimenata Maxa Faradaya položila je Oersted. Ako uključeni vodič utječe na magnet, onda je i razgovor također istinit: magnetizirani vodič mora pokrenuti struju.

Struktura eksperimenta, koja je pomogla u izvođenju zakona elektromagnetske indukcije (EMF kao koncept kojeg ćemo kasnije razmotriti), bila je vrlo jednostavna. Žica rana u opruzi bila je spojena na uređaj koji registrira struju. Na zavojnice, znanstvenik je podigao veliki magnet. Dok se magnet kretao pokraj kruga, uređaj je zabilježio protok elektrona.

Od tada je poboljšana tehnika, ali osnovni princip stvaranja električne energije na ogromnim postajama je isti: pokretni magnet potiče struju u proljeće.

Razvoj ideja

Prvo iskustvo uvjerilo je Faradaya da su električna i magnetska polja međusobno povezana. Ali bilo je potrebno saznati kako. Postoji li magnetsko polje oko dirigenta, ili su oni samo mogli utjecati jedni na druge? Znači, znanstvenik je nastavio. Ranjavao je jednu žicu, donio struju na nju, a ta je zavojnica gurnuta u drugu proljetnu stranu. I ja sam također dobio električnu energiju. Ovaj eksperiment je pokazao da pokretni elektroni stvaraju ne samo električno polje nego i magnetsko polje. Kasnije su znanstvenici otkrili kako se nalaze u svemiru međusobno. Elektromagnetsko polje je također razlog zašto postoji svjetlost.

Eksperimentiranje s različitim varijantama interakcije vodiča pod naponom Faraday pronađeno: struja prenosi najbolje ako su i prvi i drugi svici rana na zajedničkoj jezgri metala. Formula koja izražava zakon elektromagnetske indukcije izvedena je upravo na ovom uređaju.

Formula i njezine komponente

Sada kada je povijest proučavanja električne energije dovedena u Faradayev eksperiment, vrijeme je da napišemo sljedeću formulu:

epsilon = -dPhi- / dt.

Mi dešifriramo:

epsilon- je elektromotorna sila (skraćeno EMF). Ovisno o veličini epsilon-elektronovi se kreću u vodiču intenzivnije ili slabije. Emf je pod utjecajem snage izvora, a na njemu - intenzitet elektromagnetskog polja.

Phi je magnituda magnetskog toka koji prolazi u određenom trenutku kroz određeno područje. Faraday je prebacio žicu u proljeće, jer je trebao određeni prostor kroz koji će proći dirigent. Naravno, može se napraviti vrlo gust dirigent, ali to bi bilo skupo. Znanstvenik je odabrao oblik kruga jer ovaj lik ravnanja ima najveći omjer površine i duljine površine. Ovo je najsnažniji način. Stoga kapljice vode na ravnoj površini postaju okrugle. Osim toga, lakše je nabaviti oprugu s kružnim poprečnim presjekom: dovoljno je samo navijati žicu na neki kružni predmet.

t je vrijeme kada je protok prolazio kroz krug.

Prefiksa d u formuli zakona elektromagnetske indukcije znači da je vrijednost diferencijalna. To jest, mali magnetski tok mora se razlikovati u malim vremenskim intervalima kako bi se dobio konačni rezultat. Ovo matematičko djelovanje zahtijeva od ljudi do određenog stupnja pripravnosti. Da bismo bolje razumjeli formulu, preporučujemo čitatelju da podsjeti na diferencijaciju i integraciju.

Posljedice zakona

Neposredno nakon otkrića Faradaja, fizičari su počeli istraživati ​​pojavu elektromagnetske indukcije. Lenzov zakon, na primjer, eksperimentalno je izveden od ruskog znanstvenika. To je pravilo koje je dodao minus na konačnu formulu.

Izgleda ovako: smjer indukcijske struje nije slučajan, tijek elektrona u drugom navijanju nastoji smanjiti učinak struje u prvom namotanju. To jest, pojava elektromagnetske indukcije zapravo je otpor drugog izvora na uplitanje u "osobni život".

Lenzovo pravilo ima još jednu posljedicu.

• ako se struja u prvom svitku povećava, tada će struja druge opruge također porasti;
• Ako struja u induktivnom navoju padne, tada se struja u drugom smanjuje.

U skladu s ovim pravilom, vodič, u kojem nastaje inducirana struja, zapravo nastoji nadoknaditi djelovanje promjenljivog magnetskog toka.

Žito i magarac

Ljudi su dugo vremena koristili najjednostavnije mehanizme za svoje dobro. Brušenje brašna je težak zadatak. Neki plemeni ručno mljevenjaju: stavi pšenicu na jedan kamen, pokrije se s drugim ravnim i okruglim kamenom i okrene mlinski kamen. Ali ako trebate mljeti brašno na cijelom selu, onda se ne može bez mišićnog rada. U početku, ljudi su pogodili da vezu nacrta životinja na mlinovom kamenu. Magar je povlačio u konopac - kamen se vrtio. Zatim, vjerojatno, ljudi su mislili: "Rijeka teče cijelo vrijeme, gura objekti nizvodno. Zašto ga ne koristimo za dobro? "Zato su se pojavile mlinice.

Kotač, voda, vjetar

Naravno, prvi inženjeri koji su gradili te strukture, nije znao ništa o sili gravitacije, zbog čega se voda teži uvijek dolje, ni od sila trenja ili površinske napetosti. No, vidjeli su: ako stavite kotač s lopaticama na promjer u potoku ili rijeci, ne samo da će se okretati, nego će moći raditi i korisno.

Ali taj je mehanizam također bio ograničen: ne postoji uvijek tekuća voda s dovoljnom snagom protoka. Stoga su ljudi nastavili. Izgradili su mlinove koji su radili od vjetra.

Ugljen, loživo ulje, benzin

Kad su znanstvenici shvatili načelo uzbude električne energije, postavljen je tehnički zadatak: da se dobije na industrijskoj razini. U to vrijeme (sredinom devetnaestog stoljeća) svijet je potresao vrućica automobila. Sve je težak posao tražio da povjerava širi par.

No, tada su mogli grijati velike količine vode fosilnim gorivima - ugljen i loživo ulje. Dakle, oni regije svijeta, koji su bili bogati drevnim ugljicima, odmah privukli pažnju investitora i radnika. I preraspodjela ljudi dovela je do industrijske revolucije.

Nizozemskoj i Teksasu

Međutim, ovo stanje stvari je loše utjecalo na okoliš. I znanstvenici su mislili: kako primiti energiju bez uništavanja prirode? Stekao je dobro zaboravljen star. Mlin je koristio zakretni moment za izradu izravno grubog mehaničkog rada. Turbine hidroelektrana rotiraju magnete.

Trenutno, najčišća električna energija se dobiva od vjetroenergije. Inženjeri koji su izgradili prve Texasove generatore oslanjali su se na iskustvo vjetrenjača u Nizozemskoj.