Šiandien kalbėsime apie Faradėjaus, anglų fiziko, patirtį ir elektromagnetinės indukcijos svarbą šiuolaikiniame pasaulyje.
Saulė, žaibas, ugnikalnis
Senovės žmonės garbino tai, kas nesuprantama. Kalbame apie laikus, kai pažangiausias išradimas buvo galimybė lazdą ir akmenį sujungti į paprastą įrankį. Nebuvo jokio paaiškinimo dėl kasdienės Saulės eigos, Mėnulio fazių, ugnikalnių, žaibų ir griaustinio.
Su perkūnija žmonija turi atskirą romaną. Ugnis išsklaidė tamsą, suteikė saugumo jausmą, įkvėpė atradimams. Ir mokslininkai teigia, kad pirmoji kontroliuojama ugnis buvo sukurta iš žaibo padegtos medienos.
Paktukas ir magnetas
Šiek tiek vėliau žmonės išmoko naudoti šilumą metalui lydyti. Atsirado pirmieji stiprūs įrankiai, padėję užkariauti supančią gamtą. Eksperimentuodami skirtingi meistrai tikriausiai užklupo neįprastus ir keistus incidentus. Pavyzdžiui, vienas geležies gabalas gali staiga pajudėti esant kitam (magnetizmas). XIX amžiuje šie reiškiniai buvo paaiškinti Faradėjaus eksperimentais (elektromagnetinė indukcija šiuolaikine prasme atsirado būtent tada).
Mokslas irkaraliai
Elektros srovė žinoma jau seniai. Mikelandželo laikais jie mokėjo atskirti geležį nuo stiklo pagal elektronų laidumo savybę. Tačiau iki XIX amžiaus pradžios šis reiškinys buvo laikomas išskirtinai juokingu reiškiniu. Be to, mokslininkus visada rėmė turtingas filantropas – grafas, kunigaikštis ar karalius. O investuoti pinigai, kaip žinia, turėjo atsipirkti. Taigi fizikams ir chemikams reikėjo dirbti taip, kad padidėtų didiko karinė galia, jis gautų daugiau pelno ar mėgautųsi ryškiu reginiu.
Kai kurie eksperimentai svečiams buvo parodyti kaip pinigų savininko galios ženklas. Galilėjus pavadino Jupiterio palydovus, kuriuos atrado savo globėjo Medičių garbei. Taip buvo ir su elektra. Faradėjaus eksperimentai elektromagnetinę indukciją patvirtino eksperimentiškai. Tačiau prieš jį buvo Oerstedo studijos.
Elektrinis ar magnetinis?
Magnetą (pagrindinę kompaso dalį) naudojo jūreiviai, atradę Ameriką, Australiją ir kelią į Indiją. Elektra buvo įdomi pramoga. 1820 metais danų mokslininkas Hansas Christianas Oerstedas įrodė ryšį tarp laidininkų magnetinių ir elektrinių savybių. Jo eksperimentas buvo Faradėjaus eksperimento, elektromagnetinės indukcijos reiškinio ir visko, kas atsirado po tų metų atradimų, pirmtakas.
Taigi, Oerstedas paėmė linijinį laidininką (storą laidą) ir padėjo po juo magnetinę adatą. Mokslininkui paleidus srovę, magneto poliai pasislinko: rodyklė stovėjo statmenai laidininkui. Fizikas daug kartų pakartojo eksperimentą,pakeitė eksperimento geometriją ir srovės kryptį laidininke. Rezultatas buvo tas pats: magnetinės adatos polių vieta elektronų judėjimo vektoriaus atžvilgiu visada buvo tokia pati. Dabar ši patirtis atrodo labai paprasta ir suprantama. Tačiau atradimas turėjo toli siekiančių pasekmių: Oerstedas įrodė tiesioginį ryšį tarp elektrinio ir magnetinio laukų.
Nuosavybės santykiai
Bet jei elektros srovė galėjo paveikti magnetą, tai magnetas gali priversti elektronus judėti? Tai Faradėjus bandė įrodyti eksperimentu, kurio aprašymą dabar pateiksime.
Mokslininkas suvyniojo laidą į spiralę (ritę), prijungė prie jos srovės aptikimo įrenginį ir į konstrukciją atnešė magnetą. Skaitiklio rodyklė mirgėjo. Patirtis pasirodė sėkminga. Ateityje Michaelas Faradėjus taikė įvairius metodus ir išsiaiškino: jei vietoj magneto paimsime vieną ritę ir sužadinsime joje srovę, tai srovė atsiras ir gretimame ritėje. Sąveika dar efektyvesnė, kai laidžioji šerdis įterpiama į abiejų spiralių posūkius.
Elektromagnetinės indukcijos dėsnis
Faradėjaus indukcijos dėsnis uždarai grandinei išreiškiamas formule: ε=-dΦ / dt.
Čia ε yra elektrovaros jėga, sukelianti elektronų judėjimą laidininke (sutrumpintai kaip EMF), Φ yra magnetinio srauto, kuris šiuo metu eina per nurodytą sritį, dydis, o t yra laikas.
Ši formulė yra skirtinga. Tai reiškia, kad EML turėtų būti skaičiuojamas visais nedideliais laikotarpiais, naudojant mažus ploto gabalus. BETnorint gauti bendrą elektrovaros jėgą, rezultatas turi būti susumuojamas.
Formulėje esantis minusas yra dėl Lenzo taisyklės. Jame rašoma: Indukcinė emf nukreipta taip, kad įjungta srovė blokuotų srauto krypties pasikeitimą.
Šią taisyklę gana lengva paaiškinti pavyzdžiu: padidėjus srovei pirmoje ritėje, padidės ir antrosios; sumažėjus srovei pirmoje ritėje, susilpnėja ir indukuota.
Faradėjaus įstatymo taikymas
Šiuolaikinis gyvenimas neįsivaizduojamas be elektros. Filme „Diena, kai žemė sustojo“Keanu Reeveso personažas keičia žmonijos istorijos eigą išjungdamas generatorius. Apie šio incidento mechanizmus dabar nekalbėsime. Grožinė literatūra suteikia laisvę vaizduotei, bet neaprašo galimybių. Tačiau tokio reiškinio pasekmės būtų tikrai globalios: nuo miesto infrastruktūros sunaikinimo iki bado. Žmonės iš tikrųjų turėtų atstatyti savo civilizaciją, kad prisitaikytų prie egzistavimo be elektros.
Daugelis mokslinės fantastikos autorių naudojasi pasaulinės katastrofos siužetu. Be elektros energijos tiekimo nutraukimo, tokio didelio pakeitimo priežastys yra šios:
- užsienio invazija;
- neteisingas bakteriologinis eksperimentas;
- atsitiktinis fizinio dėsnio, keičiančio materijos struktūrą, atradimas (pavyzdžiui, ledas-9);
- branduolinis karas arba katastrofa;
- evoliucinis žmonių šuolis (naujajai žmonijai tiesiog nereikia technologijų).
Energijos š altinių paieška yraatskira žmogaus veiklos sritis. Elektrai gauti žmonės naudoja iškastinių išteklių energiją, vandenį, vėją, bangas, požeminių terminių vandenų šilumą ir atomą. Visos stotys veikia pagal principą, kurio egzistavimą savo eksperimentais įrodė Faradėjus. Be to, elektros generavimo schema per daug nesiskiria nuo jo eksperimento: tam tikra jėga suka didžiulį magnetą (rotorių), o tai savo ruožtu sužadina srovę ritėse.
Žinoma, žmonės rado puikią medžiagą šerdims, išmoko pasidaryti didžiulius ritinius, daug geriau izoliuoti vyniojimo sluoksnius vienas nuo kito. Tačiau apskritai šiuolaikinė civilizacija remiasi Michaelo Faradėjaus patirtimi 1831 m. rugpjūčio mėn.
