Vandag sal ons praat oor die ervaring van Faraday, 'n Engelse fisikus, en die belangrikheid van elektromagnetiese induksie in die moderne wêreld.
Son, weerlig, vulkaan
Antieke mense het die onbegryplike aanbid. Ons praat oor die tye toe die mees gevorderde uitvinding die vermoë was om 'n stok en 'n klip in 'n eenvoudige gereedskap te kombineer. Daar was geen verklaring vir die daaglikse verloop van die Son, die fases van die Maan, vulkane, die voorkoms van weerlig en donderweer nie.
Met donderstorms het die mensdom 'n aparte roman. Vuur het duisternis verdryf, 'n gevoel van sekuriteit gegee, ontdekkings geïnspireer. En wetenskaplikes stel voor dat die eerste beheerde vuur geskep is uit hout wat deur weerlig aan die brand gesteek is.
hamer en magneet
'n Bietjie later het mense geleer om hitte te gebruik om metaal te smelt. Die eerste sterk gereedskap het verskyn wat gehelp het om die omliggende natuur te verower. Uitsluitlik deur eksperimentering, het verskillende meesters waarskynlik ongewone en vreemde voorvalle afgekom. Byvoorbeeld, een stuk yster kan skielik in die teenwoordigheid van 'n ander beweeg (magnetisme). In die negentiende eeu is hierdie verskynsels verklaar deur die eksperimente van Faraday (elektromagnetiese induksie in die moderne sin het juis toe ontstaan).
Wetenskap enkonings
Elektriese stroom is al lank bekend. Hulle het geweet hoe om yster van glas te onderskei deur die eienskap van geleidende elektrone in die tyd van Michelangelo. Maar tot aan die begin van die negentiende eeu is hierdie verskynsel uitsluitlik as 'n snaakse verskynsel beskou. Daarbenewens is wetenskaplikes nog altyd geborg deur 'n ryk filantroop - 'n graaf, hertog of koning. En die geld wat belê is, moes, soos jy weet, afbetaal het. Dus moes fisici en chemici op so 'n manier werk dat die militêre mag van die edelman toegeneem het, hy meer wins ontvang het of 'n blink skouspel geniet het.
Sommige eksperimente is aan die gaste gewys as 'n teken van die mag van die eienaar van die geld. Galileo het die mane van Jupiter genoem wat hy ontdek het ter ere van sy beskermheer, die Medici. So was dit met elektrisiteit. Faraday se eksperimente het elektromagnetiese induksie eksperimenteel bevestig. Maar voor hom was daar Oersted se studies.
Elektries of magneties?
Die magneet (die grootste deel van die kompas) is gebruik deur matrose wat Amerika, Australië en die pad na Indië ontdek het. Elektrisiteit was interessante pret. In 1820 het die Deense wetenskaplike Hans Christian Oersted die verband tussen die magnetiese en elektriese eienskappe van geleiers bewys. Sy eksperiment was die voorloper van Faraday se eksperiment, die verskynsel van elektromagnetiese induksie en alles wat gevolg het uit die ontdekkings van daardie jare.
So, Oersted het 'n lineêre geleier (dik draad) geneem en 'n magnetiese naald daaronder geplaas. Toe die wetenskaplike die stroom begin het, het die pole van die magneet verskuif: die pyl het loodreg op die geleier gestaan. Die fisikus het die eksperiment baie keer herhaal,verander die meetkunde van die eksperiment en die rigting van die stroom in die geleier. Die resultaat was dieselfde: die ligging van die pole van die magnetiese naald was altyd dieselfde met betrekking tot die bewegingsvektor van die elektrone. Nou lyk hierdie ervaring baie eenvoudig en verstaanbaar. Maar die ontdekking het verreikende gevolge gehad: Oersted het die direkte verband tussen elektriese en magnetiese velde bewys.
Eiendomsverhouding
Maar as die elektriese stroom die magneet kon beïnvloed, dan kan die magneet die elektrone laat beweeg? Dit is wat Faraday probeer bewys het deur die eksperiment, waarvan ons nou die beskrywing sal gee.
Die wetenskaplike het die draad in 'n spiraal (spoel) gewikkel, 'n stroomopsporingstoestel daaraan gekoppel en 'n magneet na die struktuur gebring. Die meternaald het geflikker. Die ervaring was suksesvol. In die toekoms het Michael Faraday verskeie benaderings toegepas en uitgevind: as ons in plaas van 'n magneet een spoel neem en 'n stroom daarin opwek, dan sal 'n stroom ook in die aangrensende spoel verskyn. Die interaksie is selfs meer effektief wanneer 'n geleidende kern binne-in die draaie van beide helikse ingevoeg word.
Wet van elektromagnetiese induksie
Faraday se wet van induksie vir 'n geslote stroombaan word uitgedruk deur die formule: ε=-dΦ / dt.
Hier is ε die elektromotoriese krag wat die elektrone in die geleier laat beweeg (afgekort as EMF), Φ is die grootte van die magnetiese vloed wat tans deur 'n gegewe area gaan, en t is die tyd.
Hierdie formule is differensiaal. Dit beteken dat die EMK vir alle klein tydperke bereken moet word deur klein stukkies area te gebruik. MAARom die totale elektromotoriese krag te kry, moet die resultaat opgetel word.
Die minus in die formule is te wyte aan Lenz se reël. Dit lees: Die induksie-emk is so gerig dat die bekragtigde stroom die verandering in vloeirigting blokkeer.
Dit is redelik maklik om hierdie reël met 'n voorbeeld te verduidelik: wanneer die stroom in die eerste spoel toeneem, sal die stroom in die tweede een ook toeneem; wanneer die stroom in die eerste spoel afneem, sal die geïnduseerde een ook verswak.
Toepassing van Faraday se wet
Die moderne lewe is ondenkbaar sonder elektrisiteit. In The Day the Earth Stood Still verander Keanu Reeves se karakter die verloop van die menslike geskiedenis deur die kragopwekkers af te skakel. Ons sal nie nou praat oor die meganismes van hierdie voorval nie. Fiksie gee vrye teuels aan die verbeelding, maar beskryf nie die moontlikhede nie. Maar die gevolge van so 'n verskynsel sou werklik wêreldwyd wees: van die vernietiging van stedelike infrastruktuur tot hongersnood. Mense sal eintlik hul beskawing moet herbou om aan te pas by 'n bestaan sonder elektrisiteit.
Baie wetenskapfiksie-outeurs buit die plot van 'n wêreldwye katastrofe uit. Benewens die kragonderbreking, is die redes vir so 'n groot verandering:
- buitelandse inval;
- verkeerde bakteriologiese eksperiment;
- toevallige ontdekking van 'n fisiese wet wat die struktuur van materie verander (byvoorbeeld, ys-9);
- kernoorlog of katastrofe;
- 'n evolusionêre sprong van mense (die nuwe mensdom het eenvoudig nie tegnologie nodig nie).
Soek na energiebronne isaparte area van menslike aktiwiteit. Mense gebruik die energie van fossielbronne, water, wind, golwe, die hitte van ondergrondse termiese water en die atoom om elektrisiteit te kry. Alle stasies werk danksy die beginsel, waarvan die bestaan deur Faraday in sy eksperimente bewys is. Boonop verskil die skema vir die opwekking van elektrisiteit nie te veel van sy eksperiment nie: 'n sekere krag roteer 'n groot magneet (rotor), en dit veroorsaak weer stroom in die spoele.
Natuurlik het mense 'n uitstekende materiaal vir kerns gevind, geleer hoe om groot spoele te maak, wikkellae baie beter van mekaar te isoleer. Maar oor die algemeen staan die moderne beskawing op die ervaring wat Michael Faraday in Augustus 1831 opgelewer het.
