Danes bomo razkrili takšen fizikalni fenomen, kot je "zakon elektromagnetne indukcije". Povedali vam bomo, zakaj je Faraday izvajal poskuse, podali formulo in razložili pomen pojava za vsakdanje življenje.
Starodavni bogovi in fizika
Starodavni ljudje so častili neznano. In zdaj se človek boji morskih globin in razdalje vesolja. Toda znanost lahko razloži, zakaj. Podmornice zajemajo neverjetno življenje oceanov na globini več kot kilometra, vesoljski teleskopi preučujejo predmete, ki so obstajali le nekaj milijonov let po velikem poku.
Toda potem so ljudje pobožali vse, kar jih je fasciniralo in motilo:
- sončni vzhod;
- prebujanje rastlin spomladi;
- dež;
- rojstvo in smrt.
V vsakem predmetu in pojavu so živele neznane sile, ki so vladale svetu. Do zdaj so otroci nagnjeni k humaniziranju pohištva in igrač. Ostane brez nadzora odraslih, fantazirajo: odeja se bo objela, stol se bo prilegal, okno se bo odprlo samo.
Morda je bil prvi evolucijski korak človeštva sposobnost ohranjanjaogenj. Antropologi domnevajo, da so najzgodnejši ognji prižgali iz drevesa, ki ga je udarila strela.
Tako je elektrika igrala veliko vlogo v življenju človeštva. Prva strela je dala zagon razvoju kulture, osnovni zakon elektromagnetne indukcije je človeštvo pripeljal v današnje stanje.
Od kisa do jedrskega reaktorja
V Keopsovi piramidi so našli čudne keramične posode: vrat je zapečaten z voskom, v globini je skrit kovinski cilinder. Na notranji strani zidov so našli ostanke kisa ali kislega vina. Znanstveniki so prišli do senzacionalnega zaključka: ta artefakt je baterija, vir električne energije.
Toda do leta 1600 se nihče ni lotil preučevanja tega pojava. Pred premikanjem elektronov smo raziskali naravo statične elektrike. Stari Grki so vedeli, da jantar daje izcedek, če ga drgnemo ob dlako. Barva tega kamna jih je spominjala na svetlobo zvezde Electre s Plejad. In ime minerala je po drugi strani postalo razlog za krst fizičnega pojava.
Prvi primitivni DC vir je bil zgrajen leta 1800
Seveda, takoj ko se je pojavil dovolj močan kondenzator, so znanstveniki začeli preučevati lastnosti prevodnika, ki je povezan z njim. Leta 1820 je danski znanstvenik Hans Christian Oersted odkril, da magnetna igla odstopa ob prevodniku, vključenem v omrežje. To dejstvo je spodbudilo Faradayjevo odkritje zakona elektromagnetne indukcije (formula bo podana spodaj), kar je človeštvu omogočilo pridobivanjeelektrika iz vode, vetra in jedrskega goriva.
Primitivno, a moderno
Fizično osnovo eksperimentov Maxa Faradayja je postavil Oersted. Če preklopni vodnik vpliva na magnet, potem velja tudi nasprotno: magnetiziran vodnik mora inducirati tok.
Struktura eksperimenta, ki je pomagal izpeljati zakon elektromagnetne indukcije (EMF kot koncept, ki ga bomo obravnavali malo kasneje), je bila precej preprosta. Žica, navita v vzmet, je povezana z napravo, ki registrira tok. Znanstvenik je na tuljave prinesel velik magnet. Medtem ko se je magnet premikal poleg vezja, je naprava registrirala tok elektronov.
Tehnika se je od takrat izboljšala, vendar je osnovni princip ustvarjanja električne energije na ogromnih postajah še vedno enak: premikajoči se magnet vzbuja tok v prevodniku, navitem z vzmetjo.
Razvoj idej
Prva izkušnja je Faradayja prepričala, da sta električna in magnetna polja medsebojno povezana. Vendar je bilo treba ugotoviti, kako natančno. Ali nastane magnetno polje tudi okoli prevodnika s tokom, ali pa preprosto lahko vplivata drug na drugega? Zato je znanstvenik šel dlje. Navil je eno žico, nanjo pripeljal tok in to tuljavo potisnil v drugo vzmet. In dobil je tudi elektriko. Ta izkušnja je dokazala, da premikajoči se elektroni ne ustvarjajo le električnega, temveč tudi magnetnega polja. Kasneje so znanstveniki ugotovili, kako se nahajajo v vesolju drug glede na drugega. Razlog za to je tudi elektromagnetno poljesvetloba.
Ko je Faraday eksperimentiral z različnimi možnostmi interakcije vodnikov pod napetostjo, je ugotovil, da se tok najbolje prenaša, če sta tako prva kot druga tuljava navita na eno skupno kovinsko jedro. Formula, ki izraža zakon elektromagnetne indukcije, je bila izpeljana na tej napravi.
Formula in njene komponente
Zdaj, ko je bila zgodovina preučevanja elektrike pripeljana v Faradayev eksperiment, je čas, da napišemo formulo:
ε=-dΦ / dt.
Dešifriranje:
ε je elektromotorna sila (na kratko EMF). Glede na vrednost ε se elektroni v prevodniku gibljejo intenzivneje ali šibkeje. Moč vira vpliva na EMF, moč elektromagnetnega polja pa nanj.
Φ je velikost magnetnega toka, ki trenutno teče skozi dano območje. Faraday je žico navil v vzmet, ker je potreboval določen prostor, skozi katerega bi šel prevodnik. Seveda bi bilo mogoče narediti zelo debel prevodnik, vendar bi bilo to drago. Znanstvenik je izbral obliko kroga, ker ima ta ravna figura največje razmerje med površino in dolžino površine. To je energetsko najbolj učinkovita oblika. Zato kapljice vode na ravni površini postanejo okrogle. Poleg tega je veliko lažje dobiti vzmet z okroglim prerezom: samo žico morate naviti okoli neke vrste okroglega predmeta.
t je čas, ki ga je tok potreboval, da preide skozi zanko.
Predpona d v formuli zakona elektromagnetne indukcije pomeni, da je vrednost diferencialna. tjmajhen magnetni tok je treba diferencirati v majhnih časovnih intervalih, da dobimo končni rezultat. To matematično dejanje zahteva od ljudi nekaj priprav. Za boljše razumevanje formule bralca močno spodbujamo, naj se spomni diferenciacije in integracije.
Posledice zakona
Takoj po Faradayevem odkritju so fiziki začeli raziskovati pojav elektromagnetne indukcije. Lenzov zakon je na primer eksperimentalno izpeljal ruski znanstvenik. Prav to pravilo je končni formuli dodalo minus.
Izgleda takole: smer indukcijskega toka ni naključna; tok elektronov v drugem navitju tako rekoč teži k zmanjšanju učinka toka v prvem navitju. To pomeni, da je pojav elektromagnetne indukcije pravzaprav odpornost druge vzmeti na motnje v "osebnem življenju".
Lenzovo pravilo ima še eno posledico.
- če se bo tok v prvi tuljavi povečal, se bo tok druge vzmeti tudi povečal;
- če tok v indukcijskem navitju pade, se bo zmanjšal tudi tok v drugem navitju.
V skladu s tem pravilom vodnik, v katerem se pojavi induciran tok, dejansko teži k temu, da kompenzira učinek spreminjajočega se magnetnega toka.
Zrno in osel
Najenostavnejše mehanizme uporabite v lastno korist, ljudje si že dolgo prizadevajo. Mletje moke je težko delo. Nekatera plemena žito meljejo ročno: na en kamen položijo pšenico, pokrijejo z drugim ploščatim in okroglim kamnom in zavrtijomlinski kamen. Toda če morate zmleti moko za celotno vas, potem tega ne morete storiti samo z mišičnim delom. Sprva so ljudje ugibali, da bodo na mlinski kamen privezali vlečno žival. Osel je potegnil vrv - kamen se je vrtel. Potem so verjetno ljudje pomislili: »Reka ves čas teče, vse vrste potiska navzdol. Zakaj ga ne bi uporabili za dobro? Tako so se pojavili vodni mlini.
Kolo, voda, veter
Seveda prvi inženirji, ki so gradili te konstrukcije, niso vedeli ničesar o sili gravitacije, zaradi katere voda vedno nagiba k padcu, niti o sili trenja ali površinske napetosti. Toda videli so: če postavite kolo z rezili na premer v potoku ali reki, se ne bo samo vrtelo, ampak bo lahko opravljalo tudi koristno delo.
Toda tudi ta mehanizem je bil omejen: ni povsod tekoča voda z zadostno močjo toka. Tako so ljudje šli naprej. Zgradili so mline, ki jih je poganjal veter.
premog, kurilno olje, bencin
Ko so znanstveniki razumeli princip vzbujanja električne energije, je bila postavljena tehnična naloga: pridobiti jo v industrijskem obsegu. V tistem času (sredina devetnajstega stoletja) je bil svet v vročini strojev. Vse težko delo sta skušala zaupati razširjajočemu se paru.
Toda takrat so samo fosilna goriva, premog in kurilno olje, lahko ogrevala velike količine vode. Zato so tiste regije sveta, ki so bile bogate s starodavnimi ogljiki, takoj pritegnile pozornost vlagateljev in delavcev. In prerazporeditev ljudi je vodila v industrijsko revolucijo.
Holandija inTexas
Vendar je to stanje slabo vplivalo na okolje. In znanstveniki so razmišljali: kako pridobiti energijo, ne da bi uničili naravo? Rešeno dobro pozabljeno staro. Mlin je uporabljal navor za neposredno grobo mehansko delo. Turbine hidroelektrarn vrtijo magnete.
Trenutno najbolj čista elektrika prihaja iz vetrne energije. Inženirji, ki so zgradili prve generatorje v Teksasu, so črpali iz izkušenj z vetrnicami na Nizozemskem.
