Днес ще говорим за опита на Фарадей, английски физик, и значението на електромагнитната индукция в съвременния свят.
Слънце, мълния, вулкан
Древните хора са се покланяли на неразбираемото. Говорим за времената, когато най-модерното изобретение беше способността да се комбинират пръчка и камък в прост инструмент. Нямаше обяснение за дневния ход на Слънцето, фазите на Луната, вулканите, появата на светкавици и гръмотевици.
С гръмотевични бури човечеството има отделен роман. Огънят разпръсна мрака, даде усещане за сигурност, вдъхнови открития. И учените предполагат, че първият контролиран огън е създаден от дърва, запалени от мълния.
Чук и магнит
Малко по-късно хората се научиха да използват топлина за топене на метал. Появиха се първите силни инструменти, които помогнаха за завладяването на заобикалящата природа. Излизайки изключително чрез експеримент, различни майстори вероятно са се натъкнали на необичайни и странни инциденти. Например, едно парче желязо може внезапно да се движи в присъствието на друго (магнетизъм). През деветнадесети век тези явления се обясняват с експериментите на Фарадей (електромагнитната индукция в съвременния смисъл възниква точно тогава).
Наука икрале
Електрическият ток е известен отдавна. Те знаеха как да различават желязото от стъклото по свойството да провеждат електрони по времето на Микеланджело. Но до началото на деветнадесети век това явление се смяташе изключително за забавно явление. Освен това учените винаги са били спонсорирани от богат филантроп – граф, херцог или крал. А инвестираните пари, както знаете, трябваше да се изплатят. Така че физиците и химиците трябваше да работят по такъв начин, че военната мощ на благородника да се увеличи, той да получи повече печалба или да се наслади на ярък спектакъл.
На гостите бяха показани някои експерименти като знак за силата на собственика на парите. Галилей наименува луните на Юпитер, които открива в чест на своя покровител Медичите. Така беше и с електричеството. Експериментите на Фарадей потвърдиха експериментално електромагнитната индукция. Но преди него имаше проучвания на Ерстед.
Електрически или магнитни?
Магнитът (основната част на компаса) е използван от моряци, открили Америка, Австралия и пътя към Индия. Електричеството беше интересно забавление. През 1820 г. датският учен Ханс Кристиан Ерстед доказва връзката между магнитните и електрическите свойства на проводниците. Неговият експеримент беше предшественикът на експеримента на Фарадей, феномена на електромагнитната индукция и всичко, което последва от откритията от онези години.
И така, Ерстед взе линеен проводник (дебел проводник) и постави магнитна игла под него. Когато ученият стартира тока, полюсите на магнита се изместиха: стрелката застана перпендикулярно на проводника. Физикът повтори експеримента много пъти,промени геометрията на експеримента и посоката на тока в проводника. Резултатът беше същият: местоположението на полюсите на магнитната игла винаги беше едно и също по отношение на вектора на движение на електроните. Сега това преживяване изглежда много просто и разбираемо. Но откритието имаше далечни последствия: Ерстед доказа пряката връзка между електрическите и магнитните полета.
Отношение на собственост
Но ако електрическият ток е в състояние да повлияе на магнита, тогава магнитът може да накара електроните да се движат? Това се опита да докаже Фарадей чрез експеримента, чието описание сега ще дадем.
Ученият нави жицата в спирала (намотка), свърза към нея устройство за откриване на ток и донесе магнит към структурата. Стрелката на метъра трепна. Опитът се оказа успешен. В бъдеще Майкъл Фарадей прилага различни подходи и установява: ако вместо магнит вземем една намотка и възбудим ток в нея, тогава ток ще се появи и в съседната намотка. Взаимодействието е още по-ефективно, когато в завоите на двете спирали се вмъкне проводяща сърцевина.
Закон за електромагнитната индукция
Законът за индукция на Фарадей за затворена верига се изразява с формулата: ε=-dΦ / dt.
Тук ε е електродвижещата сила, която кара електроните да се движат в проводника (съкратено като EMF), Φ е величината на магнитния поток, който в момента преминава през дадена област, а t е времето.
Тази формула е диференциална. Това означава, че ЕМП трябва да се изчислява за всички малки периоди от време, като се използват малки парчета площ. НОза да се получи общата електродвижеща сила, резултатът трябва да се сумира.
Минусът във формулата се дължи на правилото на Ленц. Той гласи: Индукционната емф е насочена така, че захранваният ток блокира промяната в посоката на потока.
Доста лесно е да се обясни това правило с пример: когато токът в първата намотка се увеличи, токът във втората също ще се увеличи; когато токът в първата намотка намалее, индуцираната също ще отслабне.
Прилагане на закона на Фарадей
Модерният живот е немислим без електричество. В „Денят, когато Земята застана на място“, персонажът на Киану Рийвс променя хода на човешката история, като изключва генераторите. Сега няма да говорим за механизмите на този инцидент. Художествената литература дава воля на въображението, но не описва възможностите. Но последствията от подобно явление биха били наистина глобални: от разрушаването на градската инфраструктура до глада. Хората всъщност ще трябва да възстановят своята цивилизация, за да се адаптират към съществуване без електричество.
Много автори на научна фантастика използват сюжета на глобална катастрофа. В допълнение към прекъсването на тока, причините за такава голяма промяна са:
- чужда инвазия;
- грешен бактериологичен експеримент;
- случайно откриване на физически закон, който променя структурата на материята (например лед-9);
- ядрена война или катастрофа;
- еволюционен скок на хората (новото човечество просто не се нуждае от технология).
Търсене на енергийни източници еотделна област на човешката дейност. Хората използват енергията на изкопаемите ресурси, водата, вятъра, вълните, топлината на подземните термални води и атома, за да получат електричество. Всички станции работят благодарение на принципа, чието съществуване е доказано от Фарадей в неговите експерименти. Освен това схемата за генериране на електричество не се различава твърде много от неговия експеримент: определена сила върти огромен магнит (ротор) и това от своя страна възбужда ток в намотките.
Разбира се, хората намериха отличен материал за ядра, научиха се как да правят огромни макари, да изолират много по-добре пластовете на навиване един от друг. Но като цяло съвременната цивилизация се основава на опита, произведен от Майкъл Фарадей през август 1831 г.
