Ngayon ay pag-uusapan natin ang karanasan ni Faraday, isang English physicist, at ang kahalagahan ng electromagnetic induction sa modernong mundo.
Araw, kidlat, bulkan
Sinasamba ng mga sinaunang tao ang hindi maintindihan. Pinag-uusapan natin ang mga oras kung kailan ang pinaka-advanced na imbensyon ay ang kakayahang pagsamahin ang isang stick at isang bato sa isang simpleng tool. Walang paliwanag para sa pang-araw-araw na takbo ng Araw, ang mga yugto ng Buwan, mga bulkan, ang paglitaw ng kidlat at kulog.
Sa mga bagyo, may hiwalay na nobela ang sangkatauhan. Pinaalis ng apoy ang kadiliman, nagbigay ng pakiramdam ng seguridad, nagbigay inspirasyon sa mga pagtuklas. At iminumungkahi ng mga siyentipiko na ang unang kinokontrol na apoy ay nilikha mula sa kahoy na sinunog ng kidlat.
Martilyo at Magnet
Di-nagtagal, natutunan ng mga tao na gumamit ng init upang matunaw ang metal. Lumitaw ang mga unang malalakas na tool na tumulong upang masakop ang nakapaligid na kalikasan. Eksklusibong pagpunta sa pamamagitan ng eksperimento, ang iba't ibang mga master ay malamang na natisod sa hindi pangkaraniwang at kakaibang mga insidente. Halimbawa, ang isang piraso ng bakal ay maaaring biglang gumalaw sa presensya ng isa pa (magnetism). Noong ikalabinsiyam na siglo, ang mga phenomena na ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga eksperimento ng Faraday (electromagnetic induction sa modernong kahulugan ay lumitaw nang eksakto noon).
Agham atmga hari
Electric current ay kilala sa mahabang panahon. Alam nila kung paano makilala ang bakal mula sa salamin sa pamamagitan ng pag-aari ng pagsasagawa ng mga electron sa panahon ni Michelangelo. Ngunit hanggang sa simula ng ikalabinsiyam na siglo, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay itinuturing na eksklusibo bilang isang nakakatawang kababalaghan. Bilang karagdagan, ang mga siyentipiko ay palaging itinataguyod ng isang mayamang pilantropo - isang bilang, duke o hari. At ang perang namuhunan, tulad ng alam mo, ay dapat na nagbayad. Kaya't kailangan ng mga physicist at chemist na magtrabaho sa paraang tumaas ang kapangyarihang militar ng maharlika, tumanggap siya ng mas maraming tubo o nasiyahan sa isang maliwanag na panoorin.
Ilang mga eksperimento ang ipinakita sa mga bisita bilang tanda ng kapangyarihan ng may-ari ng pera. Pinangalanan ni Galileo ang mga buwan ng Jupiter na natuklasan niya bilang parangal sa kanyang patron, ang Medici. Kaya ito ay may kuryente. Kinumpirma ng mga eksperimento ni Faraday ang electromagnetic induction sa eksperimento. Ngunit bago sa kanya, naroon ang pag-aaral ni Oersted.
Elektrisidad o magnetic?
Ang magnet (ang pangunahing bahagi ng compass) ay ginamit ng mga mandaragat na nakatuklas sa America, Australia at ang daan patungo sa India. Nakakatuwa ang kuryente. Noong 1820, pinatunayan ng Danish na siyentipiko na si Hans Christian Oersted ang koneksyon sa pagitan ng magnetic at electrical properties ng conductors. Ang kanyang eksperimento ay ang nangunguna sa eksperimento ni Faraday, ang phenomenon ng electromagnetic induction at lahat ng sumunod mula sa mga pagtuklas ng mga taong iyon.
Kaya, kumuha si Oersted ng linear conductor (makapal na wire) at naglagay ng magnetic needle sa ilalim nito. Nang simulan ng siyentipiko ang agos, ang mga pole ng magnet ay lumipat: ang arrow ay nakatayo patayo sa konduktor. Inulit ng physicist ang eksperimento nang maraming beses,binago ang geometry ng eksperimento at ang direksyon ng kasalukuyang sa konduktor. Ang resulta ay pareho: ang lokasyon ng mga pole ng magnetic needle ay palaging pareho sa paggalang sa vector ng paggalaw ng mga electron. Ngayon ang karanasang ito ay tila napakasimple at naiintindihan. Ngunit ang pagtuklas ay may malawak na epekto: Pinatunayan ni Oersted ang direktang kaugnayan sa pagitan ng mga electric at magnetic field.
Relasyon sa ari-arian
Ngunit kung ang electric current ay naapektuhan ang magnet, kung gayon ang magnet ay maaaring maging sanhi ng paggalaw ng mga electron? Ito ang sinubukang patunayan ni Faraday sa pamamagitan ng eksperimento, ang paglalarawan na ibibigay namin ngayon.
Ipinulupot ng scientist ang wire sa spiral (coil), ikinonekta dito ang isang current-detecting device at nagdala ng magnet sa structure. Ang karayom ng metro ay kumikislap. Ang karanasan ay naging matagumpay. Sa hinaharap, inilapat ni Michael Faraday ang iba't ibang mga diskarte at nalaman: kung sa halip na isang magnet ay kukuha kami ng isang coil at pukawin ang isang kasalukuyang sa loob nito, kung gayon ang isang kasalukuyang lilitaw din sa katabing coil. Ang pakikipag-ugnayan ay mas epektibo kapag ang isang conductive core ay ipinasok sa loob ng mga pagliko ng parehong mga helice.
Batas ng electromagnetic induction
Ang batas ng induction ng Faraday para sa closed circuit ay ipinahayag ng formula: ε=-dΦ / dt.
Narito ang ε ay ang electromotive force na nagiging sanhi ng paggalaw ng mga electron sa conductor (dinaglat bilang EMF), ang Φ ay ang magnitude ng magnetic flux na kasalukuyang dumadaan sa isang partikular na lugar, at ang t ay ang oras.
Ang formula na ito ay kaugalian. Nangangahulugan ito na ang EMF ay dapat kalkulahin para sa lahat ng maliliit na yugto ng panahon gamit ang maliliit na piraso ng lugar. PEROpara makuha ang kabuuang electromotive force, dapat isama ang resulta.
Ang minus sa formula ay dahil sa panuntunan ni Lenz. Nakasulat ito: Ang induction emf ay nakadirekta upang ang pinalakas na kasalukuyang humaharang sa pagbabago sa direksyon ng daloy.
Madaling ipaliwanag ang panuntunang ito sa isang halimbawa: kapag tumaas ang agos sa unang coil, tataas din ang agos sa pangalawa; kapag bumaba ang current sa unang coil, hihina din ang induced.
Paglalapat ng batas ni Faraday
Hindi maiisip ang modernong buhay kung walang kuryente. Sa The Day the Earth Stood Still, binago ng karakter ni Keanu Reeves ang takbo ng kasaysayan ng tao sa pamamagitan ng pag-off ng mga generator. Hindi natin pag-uusapan ngayon ang mga mekanismo ng insidenteng ito. Ang fiction ay nagbibigay ng libreng pagpigil sa imahinasyon, ngunit hindi naglalarawan ng mga posibilidad. Ngunit ang mga kahihinatnan ng gayong kababalaghan ay magiging tunay na pandaigdigan: mula sa pagkasira ng imprastraktura sa lunsod hanggang sa taggutom. Ang mga tao ay talagang kailangang muling itayo ang kanilang sibilisasyon upang umangkop sa isang buhay na walang kuryente.
Maraming mga may-akda ng science fiction ang nagsasamantala sa balangkas ng isang pandaigdigang sakuna. Bilang karagdagan sa pagkawala ng kuryente, ang mga dahilan para sa naturang malaking pagbabago ay:
- foreign invasion;
- maling eksperimento sa bacteriological;
- aksidenteng pagtuklas ng pisikal na batas na nagbabago sa istruktura ng bagay (halimbawa, ice-9);
- digmaang nuklear o sakuna;
- isang evolutionary leap ng mga tao (ang bagong sangkatauhan ay hindi nangangailangan ng teknolohiya).
Ang paghahanap para sa mga mapagkukunan ng enerhiya ayhiwalay na lugar ng aktibidad ng tao. Ginagamit ng mga tao ang enerhiya ng fossil resources, tubig, hangin, alon, init ng underground thermal water at atom para makakuha ng kuryente. Ang lahat ng mga istasyon ay gumagana salamat sa prinsipyo, ang pagkakaroon nito ay pinatunayan ni Faraday sa kanyang mga eksperimento. Bukod dito, ang pamamaraan para sa pagbuo ng kuryente ay hindi masyadong naiiba sa kanyang eksperimento: ang isang tiyak na puwersa ay umiikot sa isang malaking magnet (rotor), at iyon naman, ay nagpapasigla ng agos sa mga coil.
Siyempre, nakahanap ang mga tao ng mahusay na materyal para sa mga core, natutunan kung paano gumawa ng malalaking spool, ihiwalay ang mga paikot-ikot na layer sa bawat isa nang mas mahusay. Ngunit sa pangkalahatan, ang modernong sibilisasyon ay naninindigan sa karanasang ginawa ni Michael Faraday noong Agosto 1831.
