Astăzi vom vorbi despre experiența lui Faraday, un fizician englez, și despre importanța inducției electromagnetice în lumea modernă.
Soare, fulgere, vulcan
Oamenii antici se închinau la neînțeles. Vorbim despre vremurile în care cea mai avansată invenție era capacitatea de a combina un băț și o piatră într-un instrument simplu. Nu exista nicio explicație pentru cursul zilnic al Soarelui, fazele Lunii, vulcani, apariția fulgerelor și a tunetelor.
Cu furtuni, omenirea are un roman separat. Focul a risipit întunericul, a dat un sentiment de securitate, a inspirat descoperiri. Iar oamenii de știință sugerează că primul foc controlat a fost creat din lemn incendiat de fulger.
Ciocan și magnet
Puțin mai târziu, oamenii au învățat să folosească căldura pentru a topi metalul. Au apărut primele instrumente puternice care au ajutat la cucerirea naturii înconjurătoare. Mergând exclusiv prin experiment, diferiți maeștri probabil au dat peste incidente neobișnuite și ciudate. De exemplu, o bucată de fier s-ar putea mișca brusc în prezența alteia (magnetism). În secolul al XIX-lea, aceste fenomene au fost explicate prin experimentele lui Faraday (tocmai atunci a apărut inducția electromagnetică în sensul modern).
Știință șiregi
Curentul electric este cunoscut de mult timp. Ei știau să deosebească fierul de sticlă prin proprietatea de a conduce electroni pe vremea lui Michelangelo. Dar până la începutul secolului al XIX-lea, acest fenomen a fost considerat exclusiv ca un fenomen amuzant. În plus, oamenii de știință au fost întotdeauna sponsorizați de un filantrop bogat - un conte, duce sau rege. Și banii investiți, după cum știți, ar fi trebuit să dea roade. Așa că fizicienii și chimiștii trebuiau să lucreze în așa fel încât puterea militară a nobilului să crească, să obțină mai mult profit sau să se bucure de un spectacol strălucitor.
Unele experimente au fost arătate oaspeților ca un semn al puterii proprietarului banilor. Galileo a numit lunile lui Jupiter pe care le-a descoperit în onoarea patronului său, Medici. Așa a fost și cu electricitatea. Experimentele lui Faraday au confirmat experimental inducția electromagnetică. Dar înaintea lui au fost studiile lui Oersted.
Electric sau magnetic?
Magnetul (partea principală a busolei) a fost folosit de marinarii care au descoperit America, Australia și drumul către India. Electricitatea a fost o distracție interesantă. În 1820, omul de știință danez Hans Christian Oersted a demonstrat legătura dintre proprietățile magnetice și electrice ale conductorilor. Experimentul său a fost precursorul experimentului lui Faraday, fenomenul inducției electromagnetice și tot ceea ce a urmat din descoperirile acelor ani.
Așadar, Oersted a luat un conductor liniar (sârmă groasă) și a plasat un ac magnetic sub el. Când omul de știință a pornit curentul, polii magnetului s-au deplasat: săgeata stătea perpendiculară pe conductor. Fizicianul a repetat experimentul de multe ori,a schimbat geometria experimentului și direcția curentului în conductor. Rezultatul a fost același: locația polilor acului magnetic a fost întotdeauna aceeași în raport cu vectorul de mișcare al electronilor. Acum această experiență pare foarte simplă și de înțeles. Dar descoperirea a avut consecințe de amploare: Oersted a dovedit relația directă dintre câmpurile electrice și magnetice.
Relația de proprietate
Dar dacă curentul electric a putut afecta magnetul, atunci magnetul ar putea determina mișcarea electronilor? Aceasta este ceea ce Faraday a încercat să demonstreze prin experiment, a cărui descriere o vom oferi acum.
Omul de știință a înfășurat firul într-o spirală (bobină), a conectat la el un dispozitiv de detectare a curentului și a adus un magnet la structură. Acul metrului pâlpâi. Experiența s-a dovedit a fi un succes. În viitor, Michael Faraday a aplicat diverse abordări și a aflat: dacă în loc de magnet luăm o bobină și excităm un curent în ea, atunci va apărea și un curent în bobina adiacentă. Interacțiunea este și mai eficientă atunci când un miez conductor este introdus în interiorul spirelor ambelor elice.
Legea inducției electromagnetice
Legea lui Faraday de inducție pentru un circuit închis este exprimată prin formula: ε=-dΦ / dt.
Aici ε este forța electromotoare care face ca electronii să se miște în conductor (abreviat ca EMF), Φ este mărimea fluxului magnetic care trece în prezent printr-o zonă dată și t este timpul.
Această formulă este diferențială. Aceasta înseamnă că EMF ar trebui calculat pentru toate perioadele mici de timp folosind bucăți mici de suprafață. DARpentru a obține forța electromotoare totală, rezultatul trebuie însumat.
Minusul din formulă se datorează regulii lui Lenz. Se citește: FEM de inducție este direcționată astfel încât curentul alimentat blochează schimbarea direcției fluxului.
Este destul de ușor să explici această regulă printr-un exemplu: când crește curentul din prima bobină, va crește și curentul din a doua; când curentul din prima bobină scade, se va slăbi și cel indus.
Aplicarea legii lui Faraday
Viața modernă este de neimaginat fără electricitate. În The Day the Earth Stood Still, personajul lui Keanu Reeves schimbă cursul istoriei omenirii prin oprirea generatoarelor. Nu vom vorbi acum despre mecanismele acestui incident. Ficțiunea dă frâu liber imaginației, dar nu descrie posibilitățile. Dar consecințele unui astfel de fenomen ar fi cu adevărat globale: de la distrugerea infrastructurii urbane până la foamete. Oamenii ar trebui de fapt să-și reconstruiască civilizația pentru a se adapta la o existență fără electricitate.
Mulți autori de science fiction exploatează intriga unei catastrofe globale. Pe lângă întreruperea curentului, motivele pentru o astfel de schimbare majoră sunt:
- invazie străină;
- experiment bacteriologic greșit;
- descoperirea accidentală a unei legi fizice care modifică structura materiei (de exemplu, gheața-9);
- război nuclear sau catastrofă;
- un s alt evolutiv al oamenilor (noua umanitate pur și simplu nu are nevoie de tehnologie).
Căutarea surselor de energie estedomeniu separat de activitate umană. Oamenii folosesc energia resurselor fosile, apa, vântul, valurile, căldura apelor termale subterane și atomul pentru a obține electricitate. Toate stațiile funcționează datorită principiului, a cărui existență a fost dovedită de Faraday în experimentele sale. Mai mult decât atât, schema de generare a energiei electrice nu este prea diferită de experimentul său: o anumită forță rotește un magnet uriaș (rotor) și care, la rândul său, excită curentul în bobine.
Desigur, oamenii au găsit un material excelent pentru miezuri, au învățat cum să facă bobine uriașe, să izoleze straturile înfășurate unele de altele mult mai bine. Dar, în general, civilizația modernă se bazează pe experiența produsă de Michael Faraday în august 1831.
