Danas ćemo otkriti takav fenomen fizike kao što je "zakon elektromagnetne indukcije". Reći ćemo vam zašto je Faraday provodio eksperimente, dati formulu i objasniti važnost fenomena za svakodnevni život.
Drevni bogovi i fizika
Drevni ljudi su obožavali nepoznato. A sada se čovjek boji dubina mora i svemirske udaljenosti. Ali nauka može objasniti zašto. Podmornice snimaju nevjerovatan život okeana na dubini većoj od jednog kilometra, svemirski teleskopi proučavaju objekte koji su postojali samo nekoliko miliona godina nakon velikog praska.
Ali tada su ljudi obogotvorili sve što ih je fasciniralo i uznemiravalo:
- izlazak sunca;
- buđenje biljaka u proljeće;
- kiša;
- rođenje i smrt.
U svakom predmetu i pojavi živele su nepoznate sile koje su vladale svetom. Do sada su djeca težila humaniziranju namještaja i igračaka. Ostavljeni bez nadzora odraslih, maštaju: ćebe će zagrliti, stolica će stati, prozor će se sam otvoriti.
Možda je prvi evolucijski korak čovječanstva bila sposobnost održavanjavatra. Antropolozi sugerišu da su najranije vatre paljene iz drveta u koje je udario grom.
Dakle, električna energija je igrala ogromnu ulogu u životu čovječanstva. Prva munja je dala podsticaj razvoju kulture, osnovni zakon elektromagnetne indukcije doveo je čovečanstvo u današnje stanje.
Od sirćeta do nuklearnog reaktora
U Keopsovoj piramidi pronađene su čudne keramičke posude: vrat je zapečaćen voskom, metalni cilindar je skriven u dubini. Na unutrašnjoj strani zidova pronađeni su ostaci octa ili kiselog vina. Naučnici su došli do senzacionalnog zaključka: ovaj artefakt je baterija, izvor električne energije.
Ali do 1600. godine niko se nije bavio proučavanjem ovog fenomena. Prije pokretanja elektrona, istražena je priroda statičkog elektriciteta. Stari Grci su znali da ćilibar daje iscjedak ako se trlja o krzno. Boja ovog kamena ih je podsjetila na svjetlost zvijezde Elektre sa Plejada. A ime minerala postalo je, zauzvrat, razlog da se krsti fizički fenomen.
Prvi primitivni DC izvor izgrađen je 1800
Naravno, čim se pojavio dovoljno snažan kondenzator, naučnici su počeli proučavati svojstva provodnika spojenog na njega. 1820. danski naučnik Hans Christian Oersted otkrio je da magnetna igla skreće pored provodnika uključenog u mrežu. Ova činjenica dala je poticaj da Faraday otkrije zakona elektromagnetne indukcije (formula će biti data u nastavku), koji je omogućio čovječanstvu da izvučestruja iz vode, vjetra i nuklearnog goriva.
Primitivno, ali moderno
Fizičku osnovu eksperimenata Maxa Faradaya postavio je Oersted. Ako komutirani provodnik utiče na magnet, onda je i obrnuto: magnetizovani provodnik mora inducirati struju.
Struktura eksperimenta koji je pomogao da se izvede zakon elektromagnetne indukcije (EMF kao koncept koji ćemo razmotriti malo kasnije) bila je prilično jednostavna. Žica namotana u oprugu povezana je sa uređajem koji registruje struju. Naučnik je donio veliki magnet na zavojnice. Dok se magnet kretao pored kola, uređaj je registrovao protok elektrona.
Tehnika se od tada poboljšala, ali osnovni princip stvaranja električne energije na ogromnim stanicama je i dalje isti: pokretni magnet pobuđuje struju u provodniku namotanom oprugom.
Razvoj ideje
Prvo iskustvo uvjerilo je Faradaya da su električna i magnetna polja međusobno povezana. Ali bilo je potrebno saznati kako tačno. Da li se magnetno polje javlja i oko provodnika sa strujom ili su oni jednostavno u stanju da utiču jedno na drugo? Stoga je naučnik otišao dalje. Namotao je jednu žicu, doveo do nje struju i gurnuo ovu zavojnicu u drugu oprugu. A dobio je i struju. Ovo iskustvo je pokazalo da pokretni elektroni stvaraju ne samo električno već i magnetsko polje. Kasnije su naučnici shvatili kako se nalaze u svemiru u odnosu jedni na druge. Elektromagnetno polje je takođe razlog zašto postojisvjetlo.
Eksperimentišući sa različitim opcijama za interakciju provodnika pod naponom, Faraday je otkrio da se struja najbolje prenosi ako su i prvi i drugi namotaj namotani na jedno zajedničko metalno jezgro. Formula koja izražava zakon elektromagnetne indukcije izvedena je na ovom uređaju.
Formula i njene komponente
Sada kada je istorija proučavanja elektriciteta dovedena do Faradejevog eksperimenta, vreme je da napišemo formulu:
ε=-dΦ / dt.
Dešifriranje:
ε je elektromotorna sila (skraćeno EMF). U zavisnosti od vrednosti ε, elektroni se kreću intenzivnije ili slabije u provodniku. Snaga izvora utiče na EMF, a jačina elektromagnetnog polja utiče na njega.
Φ je veličina magnetnog fluksa koji trenutno prolazi kroz datu oblast. Faraday je namotao žicu u oprugu, jer mu je bio potreban određeni prostor kroz koji će provodnik proći. Naravno, bilo bi moguće napraviti vrlo debeo provodnik, ali to bi bilo skupo. Naučnik je odabrao oblik kruga jer ova ravna figura ima najveći omjer površine i dužine površine. Ovo je energetski najefikasniji oblik. Zbog toga kapljice vode na ravnoj površini postaju okrugle. Osim toga, oprugu okruglog presjeka je mnogo lakše nabaviti: samo trebate namotati žicu oko nekog okruglog predmeta.
t je vrijeme potrebno protoku da prođe kroz petlju.
Prefiks d u formuli zakona elektromagnetne indukcije znači da je vrijednost diferencijalna. tjmali magnetni tok se mora razlikovati u malim vremenskim intervalima da bi se dobio konačni rezultat. Ova matematička radnja zahtijeva određenu pripremu od ljudi. Da bismo bolje razumjeli formulu, snažno potičemo čitaoca da se prisjeti diferencijacije i integracije.
Posljedice zakona
Odmah nakon Faradejevog otkrića, fizičari su počeli da istražuju fenomen elektromagnetne indukcije. Lenzov zakon, na primjer, eksperimentalno je izveo ruski naučnik. Upravo je ovo pravilo dodalo minus konačnoj formuli.
On izgleda ovako: smjer indukcijske struje nije slučajan; tok elektrona u drugom namotu, takoreći, teži da smanji učinak struje u prvom namotu. Odnosno, pojava elektromagnetne indukcije je zapravo otpor druge opruge na smetnje u "ličnom životu".
Lenzovo pravilo ima još jednu posljedicu.
- ako će se struja u prvom namotaju povećati, tada će i struja druge opruge također težiti porastu;
- ako struja u induktivnom namotu opadne, struja u drugom namotu će se također smanjiti.
Prema ovom pravilu, provodnik u kome se javlja indukovana struja zapravo teži da kompenzuje efekat promenljivog magnetnog fluksa.
Zrno i magarac
Koristite najjednostavnije mehanizme u svoju korist, ljudi se već dugo trude. Mlevenje brašna je težak posao. Neka plemena melju žito ručno: na jedan kamen stavite pšenicu, prekrijte drugim ravnim i okruglim kamenom i zavrtitemlinski kamen. Ali ako trebate samljeti brašno za cijelo selo, onda to ne možete učiniti samo mišićnim radom. U početku su ljudi pogađali da se za mlinski kamen veže tegleća životinja. Magarac je povukao konopac - kamen se okrenuo. Tada su, vjerovatno, ljudi pomislili: „Rijeka stalno teče, gura svašta nizvodno. Zašto ga ne bismo iskoristili za dobro? Ovako su se pojavili mlinovi.
Točak, voda, vjetar
Naravno, prvi inženjeri koji su gradili ove konstrukcije nisu znali ništa o sili gravitacije, zbog koje voda uvijek ima tendenciju pada, kao ni o sili trenja ili površinskog napona. Ali oni su vidjeli: ako stavite točak sa oštricama na prečnik u potoku ili rijeci, on neće samo rotirati, već će moći i obavljati koristan posao.
Ali čak je i ovaj mehanizam bio ograničen: ne postoji svuda tekuća voda sa dovoljnom snagom struje. Tako su ljudi krenuli dalje. Izgradili su mlinove koje je pokretao vjetar.
Ugalj, lož ulje, benzin
Kada su naučnici shvatili princip pobuđivanja elektriciteta, postavljen je tehnički zadatak: dobiti ga u industrijskim razmerama. U to vreme (sredina devetnaestog veka) svet je bio u groznici mašina. Pokušali su sav težak posao povjeriti paru koji se širi.
Ali tada su samo fosilna goriva, ugalj i lož ulje, mogli zagrijati velike količine vode. Stoga su one regije svijeta koje su bile bogate drevnim ugljicima odmah privukle pažnju investitora i radnika. A preraspodjela ljudi dovela je do industrijske revolucije.
Holland andTexas
Međutim, ovakvo stanje je loše uticalo na životnu sredinu. I naučnici su pomislili: kako dobiti energiju bez uništavanja prirode? Spašeno dobro zaboravljeno staro. Mlin je koristio obrtni moment za direktno grubi mehanički rad. Turbine hidroelektrana rotiraju magnete.
Trenutno, najčistija električna energija dolazi iz energije vjetra. Inženjeri koji su napravili prve generatore u Teksasu oslanjali su se na iskustvo vjetrenjača u Holandiji.
