Idag kommer vi att prata om upplevelsen av Faraday, en engelsk fysiker, och vikten av elektromagnetisk induktion i den moderna världen.
Sol, blixtar, vulkan
Forntida människor dyrkade det obegripliga. Vi pratar om de tider då den mest avancerade uppfinningen var möjligheten att kombinera en pinne och en sten till ett enkelt verktyg. Det fanns ingen förklaring till solens dagliga gång, månens faser, vulkaner, förekomsten av blixtar och åska.
Med åskväder har mänskligheten en separat roman. Eld skingrade mörkret, gav en känsla av trygghet, inspirerade till upptäckter. Och forskare föreslår att den första kontrollerade elden skapades av ved som antändes av blixten.
Hammar och magnet
Lite senare lärde sig folk att använda värme för att smälta metall. De första starka verktygen dök upp som hjälpte till att erövra den omgivande naturen. Genom att uteslutande experimentera, snubblade förmodligen olika mästare över ovanliga och märkliga incidenter. Till exempel kan en bit järn plötsligt röra sig i närvaro av en annan (magnetism). På 1800-talet förklarades dessa fenomen av Faradays experiment (elektromagnetisk induktion i modern mening uppstod just då).
Vetenskap ochkungar
Elektrisk ström har varit känd länge. De visste hur man kunde skilja järn från glas genom egenskapen att ledande elektroner på Michelangelos tid. Men fram till början av artonhundratalet ansågs detta fenomen uteslutande som ett roligt fenomen. Dessutom har vetenskapsmän alltid sponsrats av en rik filantrop - en greve, hertig eller kung. Och de investerade pengarna borde som bekant ha betalat sig. Så fysiker och kemister behövde arbeta på ett sådant sätt att adelsmannens militära makt ökade, han fick mer vinst eller åtnjöt ett ljust skådespel.
Några experiment visades för gästerna som ett tecken på makten hos ägaren av pengarna. Galileo namngav Jupiters månar som han upptäckte för att hedra sin beskyddare, Medici. Så var det med elen. Faradays experiment bekräftade elektromagnetisk induktion experimentellt. Men före honom fanns Oersteds studier.
Elektrisk eller magnetisk?
Magneten (huvuddelen av kompassen) användes av sjömän som upptäckte Amerika, Australien och vägen till Indien. El var intressant roligt. År 1820 bevisade den danske vetenskapsmannen Hans Christian Oersted sambandet mellan ledarnas magnetiska och elektriska egenskaper. Hans experiment var föregångaren till Faradays experiment, fenomenet elektromagnetisk induktion och allt som följde av upptäckterna under dessa år.
Så, Oersted tog en linjär ledare (tjock tråd) och placerade en magnetisk nål under den. När vetenskapsmannen startade strömmen skiftade magnetens poler: pilen stod vinkelrätt mot ledaren. Fysikern upprepade experimentet många gånger,ändrade experimentets geometri och riktningen för strömmen i ledaren. Resultatet var detsamma: placeringen av magnetnålens poler var alltid densamma med avseende på elektronernas rörelsevektor. Nu verkar denna upplevelse väldigt enkel och förståelig. Men upptäckten fick långtgående konsekvenser: Oersted bevisade det direkta sambandet mellan elektriska och magnetiska fält.
Fastighetsförhållande
Men om den elektriska strömmen kunde påverka magneten, kan magneten få elektronerna att röra sig? Detta är vad Faraday försökte bevisa genom experimentet, vars beskrivning vi nu kommer att ge.
Forskaren lindade tråden till en spiral (spole), kopplade en strömdetekteringsanordning till den och förde en magnet till strukturen. Mätarnålen flimrade. Upplevelsen visade sig vara framgångsrik. I framtiden tillämpade Michael Faraday olika tillvägagångssätt och fick reda på: om vi istället för en magnet tar en spole och exciterar en ström i den, kommer en ström också att dyka upp i den intilliggande spolen. Interaktionen är ännu effektivare när en ledande kärna sätts in i varven på båda spiralerna.
Law of electromagnetic induction
Faradays induktionslag för en sluten krets uttrycks med formeln: ε=-dΦ / dt.
Här är ε den elektromotoriska kraft som får elektronerna att röra sig i ledaren (förkortas EMF), Φ är storleken på det magnetiska flödet som för närvarande passerar genom ett givet område, och t är tiden.
Denna formel är differentiell. Detta innebär att EMF bör beräknas för alla små tidsperioder med hjälp av små bitar av ytan. MENför att få den totala elektromotoriska kraften måste resultatet summeras.
Minus i formeln beror på Lenz regel. Den läser: Induktions-emk är riktad så att den aktiverade strömmen blockerar förändringen i flödesriktningen.
Det är ganska enkelt att förklara denna regel med ett exempel: när strömmen i den första spolen ökar, kommer strömmen i den andra också att öka; när strömmen i den första spolen minskar kommer den inducerade också att försvagas.
Att tillämpa Faradays lag
Det moderna livet är ofattbart utan elektricitet. I The Day the Earth Stood Still ändrar Keanu Reeves karaktär människans historia genom att stänga av generatorerna. Vi kommer inte att prata om mekanismerna för denna incident nu. Skönlitteratur ger fritt spelrum åt fantasin, men beskriver inte möjligheterna. Men konsekvenserna av ett sådant fenomen skulle vara verkligt globala: från förstörelsen av urban infrastruktur till svält. Människor skulle faktiskt behöva bygga om sin civilisation för att anpassa sig till en tillvaro utan elektricitet.
Många science fiction-författare utnyttjar handlingen om en global katastrof. Förutom strömavbrottet är anledningarna till en så stor förändring:
- utländsk invasion;
- fel bakteriologiskt experiment;
- oavsiktlig upptäckt av en fysisk lag som ändrar materiens struktur (till exempel is-9);
- kärnvapenkrig eller -katastrof;
- ett evolutionärt språng för människor (den nya mänskligheten behöver helt enkelt inte teknik).
Sök efter energikällor ärseparat område för mänsklig aktivitet. Människor använder energin från fossila resurser, vatten, vind, vågor, värmen från underjordiska termiska vatten och atomen för att få elektricitet. Alla stationer fungerar tack vare principen, vars existens bevisades av Faraday i hans experiment. Dessutom är schemat för att generera elektricitet inte alltför olikt hans experiment: en viss kraft roterar en enorm magnet (rotor), och som i sin tur exciterar ström i spolarna.
Naturligtvis hittade folk ett utmärkt material för kärnor, lärde sig att göra enorma spolar, isolera slingrande lager från varandra mycket bättre. Men i allmänhet står den moderna civilisationen på den erfarenhet som Michael Faraday producerade i augusti 1831.
