Hari ini kita akan bercakap tentang pengalaman Faraday, seorang ahli fizik Inggeris dan kepentingan aruhan elektromagnet dalam dunia moden.
Matahari, kilat, gunung berapi
Orang zaman dahulu menyembah yang tidak dapat difahami. Kita bercakap tentang masa apabila ciptaan paling maju adalah keupayaan untuk menggabungkan kayu dan batu menjadi alat mudah. Tiada penjelasan untuk perjalanan harian Matahari, fasa Bulan, gunung berapi, kejadian kilat dan guruh.
Dengan ribut petir, manusia mempunyai novel yang berasingan. Api menghilangkan kegelapan, memberikan rasa selamat, penemuan yang diilhamkan. Dan saintis mencadangkan bahawa api terkawal pertama dicipta daripada kayu yang dibakar oleh petir.
Tukul dan Magnet
Tidak lama kemudian, orang ramai belajar menggunakan haba untuk mencairkan logam. Alat kuat pertama muncul yang membantu menakluki alam sekitar. Melangkah secara eksklusif melalui eksperimen, pakar yang berbeza mungkin terjumpa insiden yang luar biasa dan pelik. Sebagai contoh, satu kepingan besi tiba-tiba boleh bergerak dengan kehadiran yang lain (kemagnetan). Pada abad kesembilan belas, fenomena ini dijelaskan oleh eksperimen Faraday (aruhan elektromagnet dalam erti kata moden timbul tepat pada masa itu).
Sains danraja
Arus elektrik telah diketahui sejak sekian lama. Mereka tahu bagaimana membezakan besi daripada kaca dengan sifat menghantar elektron pada zaman Michelangelo. Tetapi sehingga awal abad kesembilan belas, fenomena ini dianggap secara eksklusif sebagai fenomena lucu. Di samping itu, saintis sentiasa ditaja oleh seorang dermawan kaya - seorang count, duke atau raja. Dan wang yang dilaburkan, seperti yang anda tahu, sepatutnya membuahkan hasil. Jadi ahli fizik dan ahli kimia perlu bekerja sedemikian rupa sehingga kuasa ketenteraan bangsawan itu meningkat, dia menerima lebih banyak keuntungan atau menikmati tontonan yang terang.
Beberapa eksperimen ditunjukkan kepada tetamu sebagai tanda kuasa pemilik wang itu. Galileo menamakan bulan Musytari yang ditemuinya sebagai penghormatan kepada penaungnya, Medici. Begitu juga dengan elektrik. Eksperimen Faraday mengesahkan aruhan elektromagnet secara eksperimen. Tetapi sebelum dia, terdapat pengajian Oersted.
Elektrik atau magnetik?
Magnet (bahagian utama kompas) digunakan oleh pelayar yang menemui Amerika, Australia dan perjalanan ke India. Elektrik adalah menyeronokkan. Pada tahun 1820, saintis Denmark Hans Christian Oersted membuktikan hubungan antara sifat magnet dan elektrik konduktor. Eksperimennya adalah pelopor kepada eksperimen Faraday, fenomena aruhan elektromagnet dan segala-galanya yang mengikuti daripada penemuan tahun-tahun tersebut.
Jadi, Oersted mengambil konduktor linear (wayar tebal) dan meletakkan jarum magnet di bawahnya. Apabila saintis memulakan arus, kutub magnet beralih: anak panah berdiri berserenjang dengan konduktor. Ahli fizik mengulangi eksperimen berkali-kali,menukar geometri eksperimen dan arah arus dalam konduktor. Hasilnya adalah sama: lokasi kutub jarum magnet sentiasa sama berkenaan dengan vektor gerakan elektron. Sekarang pengalaman ini kelihatan sangat mudah dan boleh difahami. Tetapi penemuan itu mempunyai akibat yang meluas: Oersted membuktikan hubungan langsung antara medan elektrik dan magnet.
Hubungan harta benda
Tetapi jika arus elektrik boleh menjejaskan magnet, maka magnet boleh menyebabkan elektron bergerak? Inilah yang cuba dibuktikan oleh Faraday melalui eksperimen, yang penerangannya akan kami berikan sekarang.
Saintis melilit wayar ke dalam lingkaran (gegelung), menyambungkan alat pengesan arus kepadanya dan membawa magnet ke struktur. Jarum meter berkelip-kelip. Pengalaman itu ternyata berjaya. Pada masa hadapan, Michael Faraday menggunakan pelbagai pendekatan dan mendapati: jika bukannya magnet kita mengambil satu gegelung dan merangsang arus di dalamnya, maka arus juga akan muncul di gegelung bersebelahan. Interaksi menjadi lebih berkesan apabila teras konduktif dimasukkan ke dalam lilitan kedua-dua heliks.
Hukum aruhan elektromagnet
Hukum aruhan Faraday untuk litar tertutup dinyatakan dengan formula: ε=-dΦ / dt.
Di sini ε ialah daya gerak elektrik yang menyebabkan elektron bergerak dalam konduktor (disingkatkan EMF), Φ ialah magnitud fluks magnet yang sedang melalui kawasan tertentu, dan t ialah masa.
Formula ini adalah pembezaan. Ini bermakna bahawa EMF perlu dikira untuk semua tempoh masa yang kecil menggunakan bahagian kecil kawasan. TAPIuntuk mendapatkan jumlah daya gerak elektrik, hasilnya mesti dijumlahkan.
Tolak dalam formula adalah disebabkan oleh peraturan Lenz. Ia berbunyi: Emf aruhan diarahkan supaya arus bertenaga menghalang perubahan arah aliran.
Agak mudah untuk menerangkan peraturan ini dengan contoh: apabila arus dalam gegelung pertama meningkat, arus dalam gegelung kedua juga akan meningkat; apabila arus dalam gegelung pertama berkurangan, gegelung teraruh juga akan menjadi lemah.
Menggunakan Hukum Faraday
Kehidupan moden sukar dibayangkan tanpa elektrik. In The Day the Earth Stood Still, watak Keanu Reeves mengubah perjalanan sejarah manusia dengan mematikan generator. Kami tidak akan bercakap mengenai mekanisme kejadian ini sekarang. Fiksyen memberikan kebebasan kepada imaginasi, tetapi tidak menggambarkan kemungkinan. Tetapi akibat daripada fenomena sedemikian akan menjadi benar-benar global: daripada kemusnahan infrastruktur bandar kepada kebuluran. Manusia sebenarnya perlu membina semula tamadun mereka untuk menyesuaikan diri dengan kewujudan tanpa elektrik.
Ramai pengarang fiksyen sains mengeksploitasi plot malapetaka global. Selain pemadaman elektrik, sebab bagi perubahan besar tersebut ialah:
- pencerobohan asing;
- percubaan bakteriologi yang salah;
- penemuan tidak sengaja undang-undang fizik yang mengubah struktur jirim (contohnya, ais-9);
- perang nuklear atau malapetaka;
- lompatan evolusi manusia (manusia baharu tidak memerlukan teknologi).
Cari sumber tenaga ialahkawasan aktiviti manusia yang berasingan. Orang ramai menggunakan tenaga sumber fosil, air, angin, ombak, haba air terma bawah tanah dan atom untuk mendapatkan tenaga elektrik. Semua stesen berfungsi berkat prinsip, kewujudannya telah dibuktikan oleh Faraday dalam eksperimennya. Selain itu, skema untuk menjana elektrik tidak terlalu berbeza daripada eksperimennya: daya tertentu memutarkan magnet besar (pemutar), dan itu, seterusnya, mengujakan arus dalam gegelung.
Sudah tentu, orang ramai menemui bahan yang sangat baik untuk teras, belajar cara membuat kili besar, mengasingkan lapisan berliku antara satu sama lain dengan lebih baik. Tetapi secara umum, tamadun moden berpijak pada pengalaman yang dihasilkan oleh Michael Faraday pada Ogos 1831.
