Hari ini kami akan mendedahkan fenomena fizik seperti "hukum aruhan elektromagnet". Kami akan memberitahu anda sebab Faraday menjalankan eksperimen, memberikan formula dan menerangkan kepentingan fenomena itu untuk kehidupan seharian.
Dewa dan fizik purba
Orang zaman dahulu menyembah yang tidak diketahui. Dan kini seorang lelaki takut dengan kedalaman laut dan jarak angkasa. Tetapi sains boleh menjelaskan mengapa. Kapal selam menangkap kehidupan luar biasa lautan pada kedalaman lebih daripada satu kilometer, teleskop angkasa mengkaji objek yang wujud hanya beberapa juta tahun selepas letupan besar.
Tetapi kemudian orang mempertuhankan segala yang mempesona dan mengganggu mereka:
- matahari terbit;
- tumbuhan membangkitkan pada musim bunga;
- hujan;
- kelahiran dan kematian.
Dalam setiap objek dan fenomena hidup kuasa yang tidak diketahui yang memerintah dunia. Sehingga kini, kanak-kanak cenderung memanusiakan perabot dan mainan. Dibiarkan tanpa pengawasan orang dewasa, mereka berkhayal: selimut akan dipeluk, najis akan muat, tingkap akan terbuka dengan sendirinya.
Mungkin langkah evolusi pertama manusia ialah keupayaan untuk mengekalkanapi. Ahli antropologi mencadangkan bahawa api terawal dinyalakan daripada pokok yang disambar petir.
Oleh itu, elektrik telah memainkan peranan yang besar dalam kehidupan manusia. Kilat pertama memberi dorongan kepada perkembangan budaya, undang-undang asas aruhan elektromagnet membawa manusia ke keadaan sekarang.
Daripada cuka kepada reaktor nuklear
Bejana seramik pelik ditemui di piramid Cheops: lehernya dimeterai dengan lilin, silinder logam tersembunyi di kedalaman. Sisa cuka atau wain masam ditemui di bahagian dalam dinding. Para saintis telah membuat kesimpulan sensasi: artifak ini ialah bateri, sumber elektrik.
Tetapi sehingga tahun 1600 tiada siapa yang berusaha untuk mengkaji fenomena ini. Sebelum elektron bergerak, sifat elektrik statik telah diterokai. Orang Yunani purba tahu bahawa ambar mengeluarkan lelehan jika ia digosok dengan bulu. Warna batu ini mengingatkan mereka tentang cahaya bintang Electra dari Pleiades. Dan nama mineral itu menjadi, seterusnya, sebab untuk membaptis fenomena fizikal.
Sumber DC primitif pertama dibina pada tahun 1800
Sudah tentu, sebaik sahaja muncul kapasitor yang cukup kuat, saintis mula mengkaji sifat-sifat konduktor yang disambungkan kepadanya. Pada tahun 1820, saintis Denmark Hans Christian Oersted mendapati bahawa jarum magnet terpesong di sebelah konduktor yang termasuk dalam rangkaian. Fakta ini memberi dorongan kepada penemuan hukum aruhan elektromagnet oleh Faraday (formula akan diberikan di bawah), yang membolehkan manusia mengekstrakelektrik daripada air, angin dan bahan api nuklear.
Primitif tetapi moden
Asas fizikal eksperimen Max Faraday telah diletakkan oleh Oersted. Jika konduktor tersuis menjejaskan magnet, maka sebaliknya juga berlaku: konduktor bermagnet mesti mendorong arus.
Struktur eksperimen yang membantu untuk mendapatkan hukum aruhan elektromagnet (EMF sebagai konsep yang akan kita pertimbangkan sedikit kemudian) adalah agak mudah. Wayar yang dililit ke dalam spring disambungkan kepada peranti yang mendaftarkan arus. Ahli sains membawa magnet besar ke gegelung. Semasa magnet bergerak di sebelah litar, peranti itu mencatatkan aliran elektron.
Teknik telah bertambah baik sejak itu, tetapi prinsip asas untuk mencipta elektrik di stesen besar masih sama: magnet yang bergerak merangsang arus dalam konduktor yang dililit oleh spring.
Pembangunan Idea
Pengalaman pertama meyakinkan Faraday bahawa medan elektrik dan magnet saling berkaitan. Tetapi ia adalah perlu untuk mengetahui dengan tepat bagaimana. Adakah medan magnet juga timbul di sekeliling konduktor yang membawa arus, atau adakah mereka hanya mampu mempengaruhi satu sama lain? Oleh itu, saintis pergi lebih jauh. Dia melilit satu wayar, membawa arus kepadanya, dan menolak gegelung ini ke dalam spring lain. Dan dia juga mendapat elektrik. Pengalaman ini membuktikan bahawa elektron yang bergerak mencipta bukan sahaja elektrik tetapi juga medan magnet. Kemudian, saintis mengetahui bagaimana mereka berada di angkasa berbanding satu sama lain. Medan elektromagnet juga adalah sebab mengapa adaringan.
Mengeksperimen dengan pilihan yang berbeza untuk interaksi konduktor hidup, Faraday mendapati bahawa arus paling baik dihantar jika kedua-dua gegelung pertama dan kedua dililit pada satu teras logam biasa. Formula yang menyatakan hukum aruhan elektromagnet telah diperolehi pada peranti ini.
Formula dan komponennya
Sekarang sejarah kajian elektrik telah dibawa ke eksperimen Faraday, tiba masanya untuk menulis formula:
ε=-dΦ / dt.
Decipher:
ε ialah daya gerak elektrik (pendek kata EMF). Bergantung pada nilai ε, elektron bergerak lebih intensif atau lebih lemah dalam konduktor. Kuasa sumber mempengaruhi EMF, dan kekuatan medan elektromagnet mempengaruhinya.
Φ ialah magnitud fluks magnet yang sedang melalui kawasan tertentu. Faraday melilit wayar ke dalam spring, kerana dia memerlukan ruang tertentu di mana konduktor akan melalui. Sudah tentu, adalah mungkin untuk membuat konduktor yang sangat tebal, tetapi itu akan mahal. Ahli sains memilih bentuk bulatan kerana rajah rata ini mempunyai nisbah luas kepada panjang permukaan yang terbesar. Ini adalah bentuk yang paling cekap tenaga. Oleh itu, titisan air pada permukaan rata menjadi bulat. Selain itu, spring dengan bahagian bulat lebih mudah diperoleh: anda hanya perlu melilitkan wayar di sekeliling sejenis objek bulat.
t ialah masa yang diambil untuk mengalir melalui gelung.
Awalan d dalam formula hukum aruhan elektromagnet bermaksud nilainya adalah pembezaan. i.efluks magnet yang kecil mesti dibezakan dalam selang masa yang kecil untuk mendapatkan hasil akhir. Tindakan matematik ini memerlukan sedikit persediaan daripada orang ramai. Untuk memahami formula dengan lebih baik, kami amat menggalakkan pembaca mengingati pembezaan dan penyepaduan.
Akibat undang-undang
Sejurus selepas penemuan Faraday, ahli fizik mula menyiasat fenomena aruhan elektromagnet. Undang-undang Lenz, sebagai contoh, diperoleh secara eksperimen oleh seorang saintis Rusia. Peraturan inilah yang menambahkan tolak pada formula akhir.
Dia kelihatan seperti ini: arah arus aruhan tidak disengajakan; aliran elektron dalam belitan kedua, seolah-olah, cenderung mengurangkan kesan arus dalam belitan pertama. Iaitu, kejadian aruhan elektromagnet sebenarnya adalah rintangan spring kedua terhadap gangguan dalam "kehidupan peribadi".
Peraturan Lenz mempunyai akibat lain.
- jika arus dalam gegelung pertama akan meningkat, maka arus spring kedua juga akan cenderung meningkat;
- jika arus dalam belitan aruhan menurun, arus dalam belitan kedua juga akan berkurangan.
Mengikut peraturan ini, konduktor di mana arus teraruh berlaku sebenarnya cenderung untuk mengimbangi kesan fluks magnet yang berubah-ubah.
Bijian dan keldai
Gunakan mekanisme paling mudah untuk faedah mereka sendiri, orang ramai telah berusaha sejak sekian lama. Mengisar tepung adalah kerja keras. Sesetengah puak mengisar bijirin dengan tangan: letakkan gandum pada satu batu, tutup dengan batu lain yang rata dan bulat, dan putarbatu kilangan. Tetapi jika anda perlu mengisar tepung untuk seluruh kampung, maka anda tidak boleh melakukannya dengan kerja otot sahaja. Pada mulanya, orang ramai meneka untuk mengikat haiwan draf pada batu kilangan. Keldai menarik tali - batu itu berputar. Kemudian, mungkin, orang berfikir: "Sungai mengalir sepanjang masa, ia menolak semua jenis benda ke hilir. Mengapa kita tidak menggunakannya untuk kebaikan?" Beginilah rupa kilang air.
Roda, air, angin
Sudah tentu, jurutera pertama yang membina struktur ini tidak tahu apa-apa tentang daya graviti, kerana air sentiasa cenderung untuk jatuh, mahupun tentang daya geseran atau tegangan permukaan. Tetapi mereka melihat: jika anda meletakkan roda dengan bilah pada diameter dalam aliran atau sungai, maka ia bukan sahaja akan berputar, tetapi juga dapat melakukan kerja yang berguna.
Tetapi walaupun mekanisme ini terhad: tidak di semua tempat terdapat air yang mengalir dengan kekuatan arus yang mencukupi. Jadi orang berpindah. Mereka membina kilang yang dikuasakan oleh angin.
Arang batu, minyak bahan api, petrol
Apabila saintis memahami prinsip pengujaan elektrik, tugas teknikal telah ditetapkan: untuk mendapatkannya pada skala industri. Pada masa itu (pertengahan abad kesembilan belas) dunia sedang dalam demam mesin. Mereka cuba mempercayakan semua kerja sukar kepada pasangan yang semakin berkembang.
Tetapi hanya bahan api fosil, arang batu dan minyak bahan api, yang mampu memanaskan sejumlah besar air. Oleh itu, kawasan di dunia yang kaya dengan karbon purba serta-merta menarik perhatian pelabur dan pekerja. Dan pengagihan semula orang membawa kepada revolusi perindustrian.
Holland danTexas
Namun, keadaan ini memberi kesan buruk kepada alam sekitar. Dan saintis berfikir: bagaimana untuk mendapatkan tenaga tanpa memusnahkan alam semula jadi? Diselamatkan dengan baik dilupakan tua. Kilang itu menggunakan tork untuk melakukan kerja mekanikal yang kasar secara langsung. Turbin loji kuasa hidroelektrik memutarkan magnet.
Pada masa ini, elektrik paling bersih datang daripada kuasa angin. Jurutera yang membina penjana pertama di Texas menggunakan pengalaman kincir angin di Holland.
