Danas ćemo razgovarati o iskustvu Faradaya, engleskog fizičara, i važnosti elektromagnetne indukcije u modernom svijetu.
Sunce, munja, vulkan
Drevni ljudi su obožavali neshvatljivo. Govorimo o vremenima kada je najnapredniji izum bila mogućnost spajanja štapa i kamena u jednostavan alat. Nije bilo objašnjenja za dnevni tok Sunca, mjesečeve faze, vulkane, pojavu munja i grmljavine.
Sa grmljavinom, čovečanstvo ima poseban roman. Vatra je rastjerala tamu, dala osjećaj sigurnosti, nadahnula otkrića. Naučnici sugerišu da je prva kontrolisana vatra nastala od drveta zapaljenog gromom.
Čekić i magnet
Malo kasnije, ljudi su naučili da koriste toplotu za topljenje metala. Pojavili su se prvi snažni alati koji su pomogli u osvajanju okolne prirode. Idući isključivo eksperimentom, različiti majstori vjerovatno su nailazili na neobične i čudne incidente. Na primjer, jedan komad željeza mogao bi se iznenada pomaknuti u prisustvu drugog (magnetizam). U devetnaestom veku, ove pojave su objašnjene Faradejevim eksperimentima (elektromagnetna indukcija u modernom smislu je nastala upravo tada).
Nauka ikraljevi
Električna struja je poznata odavno. Znali su razlikovati željezo od stakla po svojstvu provodljivosti elektrona u vrijeme Michelangela. Ali sve do početka devetnaestog veka, ovaj fenomen se smatrao isključivo smešnim fenomenom. Osim toga, naučnike je uvijek sponzorirao bogati filantrop - grof, vojvoda ili kralj. A uloženi novac, kao što znate, trebao se isplatiti. Tako su fizičari i hemičari morali da rade na takav način da se vojna moć plemića poveća, da on dobije veći profit ili da uživa u sjajnom spektaklu.
Neki eksperimenti su pokazani gostima kao znak moći vlasnika novca. Galileo je nazvao Jupiterove mjesece koje je otkrio u čast svog zaštitnika, Medičija. Tako je bilo i sa strujom. Faradejevi eksperimenti su eksperimentalno potvrdili elektromagnetnu indukciju. Ali prije njega, postojale su Oerstedove studije.
Električni ili magnetni?
Magnet (glavni dio kompasa) koristili su pomorci koji su otkrili Ameriku, Australiju i put do Indije. Struja je bila zanimljiva zabava. 1820. danski naučnik Hans Christian Oersted dokazao je vezu između magnetnih i električnih svojstava provodnika. Njegov eksperiment je bio preteča Faradejevog eksperimenta, fenomena elektromagnetne indukcije i svega što je uslijedilo iz otkrića tih godina.
Dakle, Oersted je uzeo linearni provodnik (debelu žicu) i stavio magnetnu iglu ispod njega. Kada je naučnik pokrenuo struju, polovi magneta su se pomerili: strelica je stajala okomito na provodnik. Fizičar je eksperiment ponovio mnogo puta,promijenio geometriju eksperimenta i smjer struje u provodniku. Rezultat je bio isti: lokacija polova magnetne igle je uvijek bila ista u odnosu na vektor kretanja elektrona. Sada ovo iskustvo izgleda vrlo jednostavno i razumljivo. Ali otkriće je imalo dalekosežne posljedice: Oersted je dokazao direktnu vezu između električnog i magnetskog polja.
Imovinski odnos
Ali ako je električna struja mogla utjecati na magnet, onda bi magnet mogao uzrokovati kretanje elektrona? To je Faraday pokušao dokazati eksperimentom, čiji ćemo opis sada dati.
Naučnik je namotao žicu u spiralu (kalem), na nju spojio uređaj za detekciju struje i doveo magnet u strukturu. Igla mjerača je zatreperila. Iskustvo se pokazalo uspješnim. U budućnosti je Michael Faraday primijenio različite pristupe i otkrio: ako umjesto magneta uzmemo jednu zavojnicu i u njoj pobudimo struju, tada će se struja pojaviti i u susjednoj zavojnici. Interakcija je još efikasnija kada je provodno jezgro umetnuto unutar zavoja oba spirala.
Zakon elektromagnetne indukcije
Faradayev zakon indukcije za zatvoreno kolo izražava se formulom: ε=-dΦ / dt.
Ovdje je ε elektromotorna sila koja uzrokuje kretanje elektrona u provodniku (skraćeno EMF), Φ je veličina magnetskog fluksa koji trenutno prolazi kroz datu oblast, a t je vrijeme.
Ova formula je diferencijalna. To znači da EMF treba izračunati za sve male periode vremena koristeći male dijelove površine. ALIda bi se dobila ukupna elektromotorna sila, rezultat se mora zbrojiti.
Minus u formuli je zbog Lenzovog pravila. Ona glasi: Indukcijska emf je usmjerena tako da struja pod naponom blokira promjenu smjera protoka.
Ovo pravilo je prilično lako objasniti na primjeru: kada se poveća struja u prvom namotaju, povećat će se i struja u drugom; kada se struja u prvom kalemu smanji, indukovana će takođe oslabiti.
Primjena Faradejevog zakona
Moderni život je nezamisliv bez struje. U Danu kada je Zemlja stala, lik Keanua Reevesa mijenja tok ljudske istorije tako što isključuje generatore. Nećemo sada govoriti o mehanizmima ovog incidenta. Fikcija daje mašti na volju, ali ne opisuje mogućnosti. Ali posljedice takvog fenomena bile bi zaista globalne: od uništenja urbane infrastrukture do gladi. Ljudi bi zapravo morali ponovo izgraditi svoju civilizaciju kako bi se prilagodili postojanju bez struje.
Mnogi pisci naučne fantastike koriste zaplet globalne katastrofe. Pored nestanka struje, razlozi za ovako veliku promjenu su:
- strana invazija;
- pogrešan bakteriološki eksperiment;
- slučajno otkriće fizičkog zakona koji mijenja strukturu materije (na primjer, led-9);
- nuklearni rat ili katastrofa;
- evolucijski skok ljudi (novom čovječanstvu jednostavno ne treba tehnologija).
Traženje izvora energije jeodvojeno područje ljudske aktivnosti. Ljudi koriste energiju fosilnih resursa, vode, vjetra, valova, toplinu podzemnih termalnih voda i atoma da bi dobili električnu energiju. Sve stanice rade zahvaljujući principu čije je postojanje dokazao Faraday u svojim eksperimentima. Štaviše, shema za generiranje električne energije ne razlikuje se previše od njegovog eksperimenta: određena sila rotira ogroman magnet (rotor), a to, zauzvrat, pobuđuje struju u zavojnicama.
Naravno, ljudi su pronašli odličan materijal za jezgre, naučili kako da naprave ogromne kalemove, mnogo bolje izoluju slojeve namotaja jedan od drugog. Ali općenito, moderna civilizacija počiva na iskustvu koje je proizveo Michael Faraday u avgustu 1831.
