Vandag sal ons so 'n verskynsel van fisika openbaar soos die "wet van elektromagnetiese induksie". Ons sal jou vertel hoekom Faraday eksperimente uitgevoer het, 'n formule gee en die belangrikheid van die verskynsel vir die alledaagse lewe verduidelik.
Antieke gode en fisika
Antieke mense het die onbekende aanbid. En nou is 'n man bang vir die dieptes van die see en die afstand van die ruimte. Maar die wetenskap kan verduidelik hoekom. Duikbote vang die ongelooflike lewe van die oseane op 'n diepte van meer as 'n kilometer vas, ruimteteleskope bestudeer voorwerpe wat slegs 'n paar miljoen jaar na die oerknal bestaan het.
Maar toe vergoddelik mense alles wat hulle gefassineer en versteur het:
- sonsopkoms;
- wakker plante in die lente;
- reën;
- geboorte en dood.
In elke voorwerp en verskynsel het onbekende magte gewoon wat die wêreld regeer het. Tot nou toe is kinders geneig om meubels en speelgoed te vermenslik. Ontoesig deur volwassenes gelaat, fantaseer hulle: 'n kombers sal omhels, 'n stoel sal pas, die venster sal vanself oopmaak.
Miskien was die eerste evolusionêre stap van die mensdom die vermoë om te handhaafdie vuur. Antropoloë stel voor dat die vroegste vure aangesteek is uit 'n boom wat deur weerlig getref is.
Elektrisiteit het dus 'n groot rol in die lewe van die mensdom gespeel. Die eerste weerlig het stukrag gegee aan die ontwikkeling van kultuur, die basiese wet van elektromagnetiese induksie het die mensdom tot die huidige toestand gebring.
Van asyn tot kernreaktor
Vreemde keramiekhouers is in die piramide van Cheops gevind: die nek is verseël met was, 'n metaalsilinder is in die dieptes versteek. Oorblyfsels van asyn of suur wyn is aan die binnekant van die mure gevind. Wetenskaplikes het tot 'n opspraakwekkende gevolgtrekking gekom: hierdie artefak is 'n battery, 'n bron van elektrisiteit.
Maar tot 1600 het niemand onderneem om hierdie verskynsel te bestudeer nie. Voordat elektrone beweeg is, is die aard van statiese elektrisiteit ondersoek. Die antieke Grieke het geweet dat amber afskeidings gee as dit teen pels gevryf word. Die kleur van hierdie klip het hulle herinner aan die lig van die ster Electra van die Pleiades. En die naam van die mineraal het op sy beurt die rede geword om die fisiese verskynsel te doop.
Die eerste primitiewe DC-bron is in 1800 gebou
Natuurlik, sodra 'n voldoende kragtige kapasitor verskyn het, het wetenskaplikes begin om die eienskappe van die geleier wat daaraan gekoppel is, te bestudeer. In 1820 het die Deense wetenskaplike Hans Christian Oersted ontdek dat 'n magnetiese naald langs 'n geleier wat in die netwerk ingesluit is, afwyk. Hierdie feit het stukrag gegee aan die ontdekking van die wet van elektromagnetiese induksie deur Faraday (die formule sal hieronder gegee word), wat die mensdom toegelaat het om te onttrekelektrisiteit van water, wind en kernbrandstof.
Primitief maar modern
Die fisiese basis van Max Faraday se eksperimente is deur Oersted gelê. As 'n geskakelde geleier 'n magneet affekteer, dan is die teenoorgestelde ook waar: 'n gemagnetiseerde geleier moet 'n stroom induseer.
Die struktuur van die eksperiment wat gehelp het om die wet van elektromagnetiese induksie af te lei (EMK as 'n konsep wat ons 'n bietjie later sal oorweeg) was redelik eenvoudig. 'n Draad wat in 'n veer gewikkel is, is gekoppel aan 'n toestel wat die stroom registreer. Die wetenskaplike het 'n groot magneet na die spoele gebring. Terwyl die magneet langs die stroombaan beweeg het, het die toestel die vloei van elektrone geregistreer.
Tegniek het sedertdien verbeter, maar die basiese beginsel om elektrisiteit by groot stasies te skep is steeds dieselfde: 'n bewegende magneet prikkel 'n stroom in 'n geleier wat deur 'n veer gewikkel is.
Idee-ontwikkeling
Die heel eerste ervaring het Faraday oortuig dat elektriese en magnetiese velde met mekaar verbind is. Maar dit was nodig om uit te vind presies hoe. Ontstaan 'n magneetveld ook rondom 'n stroomdraende geleier, of kan hulle mekaar bloot beïnvloed? Daarom het die wetenskaplike verder gegaan. Hy het een draad gewikkel, stroom daarheen gebring en hierdie spoel in 'n ander veer gedruk. En hy het ook elektrisiteit gekry. Hierdie ervaring het bewys dat bewegende elektrone nie net 'n elektriese, maar ook 'n magnetiese veld skep. Later het wetenskaplikes uitgepluis hoe hulle relatief tot mekaar in die ruimte geleë is. Die elektromagnetiese veld is ook die rede waarom daar islig.
Eksperimenteer met verskillende opsies vir die interaksie van lewendige geleiers, Faraday het uitgevind dat die stroom die beste oorgedra word as beide die eerste en tweede spoele op een gemeenskaplike metaalkern gewikkel word. Die formule wat die wet van elektromagnetiese induksie uitdruk, is op hierdie toestel afgelei.
Die formule en sy komponente
Nou dat die geskiedenis van die studie van elektrisiteit na die Faraday-eksperiment gebring is, is dit tyd om die formule te skryf:
ε=-dΦ / dt.
Ontsyfer:
ε is die elektromotoriese krag (EMF vir kort). Afhangende van die waarde van ε, beweeg die elektrone meer intensief of swakker in die geleier. Die krag van die bron beïnvloed die EMK, en die sterkte van die elektromagnetiese veld beïnvloed dit.
Φ is die grootte van die magnetiese vloed wat tans deur 'n gegewe gebied gaan. Faraday het die draad in 'n veer opgerol, want hy het 'n sekere spasie nodig waardeur die geleier sou gaan. Dit sou natuurlik moontlik wees om 'n baie dik geleier te maak, maar dit sal duur wees. Die wetenskaplike het die sirkelvorm gekies omdat hierdie plat figuur die grootste verhouding van oppervlakte tot oppervlaklengte het. Dit is die mees energiedoeltreffende vorm. Daarom word waterdruppels op 'n plat oppervlak rond. Boonop is 'n veer met 'n ronde gedeelte baie makliker om te verkry: jy hoef net die draad om 'n soort ronde voorwerp te draai.
t is die tyd wat dit die vloei geneem het om deur die lus te gaan.
Die voorvoegsel d in die formule van die wet van elektromagnetiese induksie beteken dat die waarde differensiaal is. D.w.s'n klein magnetiese vloed moet oor klein tydintervalle gedifferensieer word om die finale resultaat te verkry. Hierdie wiskundige aksie verg 'n mate van voorbereiding van mense. Om die formule beter te verstaan, moedig ons die leser sterk aan om differensiasie en integrasie te onthou.
Gevolge van die wet
Onmiddellik ná Faraday se ontdekking het fisici die verskynsel van elektromagnetiese induksie begin ondersoek. Lenz se wet is byvoorbeeld eksperimenteel deur 'n Russiese wetenskaplike afgelei. Dit was hierdie reël wat 'n minus by die finale formule gevoeg het.
Hy lyk so: die rigting van die induksiestroom is nie toevallig nie; die vloei van elektrone in die tweede winding, as 't ware, neig om die effek van die stroom in die eerste winding te verminder. Dit wil sê, die voorkoms van elektromagnetiese induksie is eintlik die weerstand van die tweede veer teen inmenging in "persoonlike lewe".
Lenz se reël het nog 'n gevolg.
- as die stroom in die eerste spoel sal toeneem, dan sal die stroom van die tweede veer ook geneig wees om te verhoog;
- as die stroom in die induserende winding daal, sal die stroom in die tweede winding ook afneem.
Volgens hierdie reël is 'n geleier waarin 'n geïnduseerde stroom voorkom eintlik geneig om te kompenseer vir die effek van 'n veranderende magnetiese vloed.
Graan en donkie
Gebruik die eenvoudigste meganismes tot hul eie voordeel, mense streef al lank na. Om meel te maal is harde werk. Sommige stamme maal graan met die hand: sit koring op een klip, bedek met 'n ander plat en ronde klip, en draaimeulsteen. Maar as jy meel vir 'n hele dorpie moet maal, dan kan jy dit nie met spierarbeid alleen doen nie. Mense het eers geraai om 'n trekdier aan die meulsteen vas te maak. Die donkie het die tou getrek – die klip het gedraai. Toe, waarskynlik, het mense gedink: “Die rivier vloei heeltyd, dit stoot allerhande dinge stroomaf. Hoekom gebruik ons dit nie ten goede nie? Dit is hoe watermeulens verskyn het.
Wiel, water, wind
Natuurlik het die eerste ingenieurs wat hierdie strukture gebou het niks geweet van die swaartekrag, waardeur water altyd geneig is om te val nie, en ook nie van die wrywingskrag of oppervlakspanning nie. Maar hulle het gesien: as jy 'n wiel met lemme op 'n deursnee in 'n stroompie of rivier sit, dan sal dit nie net draai nie, maar ook nuttige werk kan doen.
Maar selfs hierdie meganisme was beperk: nie oral is daar lopende water met genoeg stroomsterkte nie. So het mense aanbeweeg. Hulle het meulens gebou wat deur die wind aangedryf is.
Steenkool, brandstofolie, petrol
Toe wetenskaplikes die beginsel van opwekking van elektrisiteit verstaan het, is 'n tegniese taak gestel: om dit op 'n industriële skaal te bekom. In daardie tyd (middel negentiende eeu) was die wêreld in 'n koors van masjiene. Hulle het probeer om al die moeilike werk aan die uitbreidende paar toe te vertrou.
Maar toe kon net fossielbrandstowwe, steenkool en brandstofolie, groot volumes water verhit. Daarom het daardie streke van die wêreld wat ryk was aan antieke koolstofstowwe onmiddellik die aandag van beleggers en werkers getrek. En die herverdeling van mense het tot die industriële revolusie gelei.
Holland enTexas
Hierdie toedrag van sake het egter 'n slegte uitwerking op die omgewing gehad. En wetenskaplikes het gedink: hoe om energie te kry sonder om die natuur te vernietig? Gered goed vergete oud. Die meule het wringkrag gebruik om direk rofwerk te doen. Turbines van hidroëlektriese kragsentrales draai magnete.
Tans kom die skoonste elektrisiteit van windkrag af. Die ingenieurs wat die eerste kragopwekkers in Texas gebou het, het gebruik gemaak van die ervaring van windpompe in Holland.
