Bugün, "elektromanyetik indüksiyon yasası" gibi bir fizik fenomenini ortaya çıkaracağız. Faraday'ın neden deneyler yaptığını anlatacağız, bir formül vereceğiz ve fenomenin günlük yaşam için önemini anlatacağız.
Eski tanrılar ve fizik
Eski insanlar bilinmeyene taparlardı. Ve şimdi bir adam denizin derinliklerinden ve uzayın mesafesinden korkuyor. Ama bilim nedenini açıklayabilir. Deniz altılar bir kilometreden fazla derinlikte okyanusların inanılmaz yaşamını yakalar, uzay teleskopları büyük patlamadan sadece birkaç milyon yıl sonra var olan nesneleri inceler.
Ama sonra insanlar onları büyüleyen ve rahatsız eden her şeyi tanrılaştırdı:
- gündoğumu;
- ilkbaharda uyanan bitkiler;
- yağmur;
- doğum ve ölüm.
Her nesne ve fenomende dünyayı yöneten bilinmeyen güçler yaşıyordu. Şimdiye kadar çocuklar mobilya ve oyuncakları insancıllaştırma eğilimindeydiler. Yetişkinler tarafından başıboş bırakıldıklarında hayal kurarlar: Bir battaniye sarılır, bir tabure sığar, pencere kendiliğinden açılır.
Belki de insanlığın ilk evrimsel adımı,ateş. Antropologlar, ilk yangınların yıldırım çarpmış bir ağaçtan çıktığını öne sürüyorlar.
Böylece elektrik, insanlığın hayatında büyük bir rol oynadı. İlk yıldırım kültürün gelişimine ivme kazandırdı, elektromanyetik indüksiyonun temel yasası insanlığı mevcut duruma getirdi.
Sirkeden nükleer reaktöre
Keops piramidinde tuhaf seramik kaplar bulundu: boyun balmumu ile kapatılmış, derinliklerde metal bir silindir gizlenmiştir. Duvarların iç kısmında sirke veya ekşi şarap kalıntıları bulunmuştur. Bilim adamları sansasyonel bir sonuca vardılar: Bu eser bir pil, bir elektrik kaynağı.
Fakat 1600'e kadar kimse bu fenomeni incelemeyi üstlenmedi. Elektronları hareket ettirmeden önce, statik elektriğin doğası araştırıldı. Eski Yunanlılar, kehribarın kürke sürtüldüğünde akıntı verdiğini biliyorlardı. Bu taşın rengi onlara Ülker'den gelen yıldız Electra'nın ışığını hatırlattı. Ve mineralin adı da fiziksel fenomeni vaftiz etmenin nedeni oldu.
İlk ilkel DC kaynağı 1800'de üretildi
Elbette, yeterince güçlü bir kapasitör ortaya çıkar çıkmaz, bilim adamları ona bağlı iletkenin özelliklerini incelemeye başladılar. 1820'de Danimarkalı bilim adamı Hans Christian Oersted, ağa dahil olan bir iletkenin yanında manyetik bir iğnenin saptığını keşfetti. Bu gerçek, Faraday tarafından elektromanyetik indüksiyon yasasının keşfedilmesine ivme kazandırdı (formül aşağıda verilecektir), bu da insanlığınsu, rüzgar ve nükleer yakıttan elektrik.
İlkel ama modern
Max Faraday'in deneylerinin fiziksel temeli Oersted tarafından atıldı. Anahtarlanmış bir iletken bir mıknatısı etkiliyorsa, bunun tersi de geçerlidir: manyetize edilmiş bir iletken bir akımı indüklemelidir.
Elektromanyetik indüksiyon yasasını (bir kavram olarak EMF'yi biraz sonra ele alacağız) türetmeye yardımcı olan deneyin yapısı oldukça basitti. Bir yaya sarılmış bir tel, akımı kaydeden bir cihaza bağlanır. Bilim adamı bobinlere büyük bir mıknatıs getirdi. Mıknatıs devrenin yanında hareket ederken, cihaz elektron akışını kaydetti.
Teknik o zamandan beri gelişti, ancak büyük istasyonlarda elektrik üretmenin temel prensibi hala aynı: Hareket eden bir mıknatıs, bir yay tarafından sarılmış bir iletkendeki akımı uyarıyor.
Fikir Geliştirme
İlk deneyim Faraday'i elektrik ve manyetik alanların birbirine bağlı olduğuna ikna etti. Ama tam olarak nasıl olduğunu bulmak gerekiyordu. Akım taşıyan bir iletkenin çevresinde de bir manyetik alan oluşuyor mu, yoksa sadece birbirlerini etkileyebilirler mi? Bu nedenle, bilim adamı daha da ileri gitti. Bir teli sardı, ona akım getirdi ve bu bobini başka bir yaya itti. Ve elektrik de aldı. Bu deneyim, hareket eden elektronların sadece bir elektrik değil, aynı zamanda bir manyetik alan da yarattığını kanıtladı. Daha sonra bilim adamları, uzayda birbirlerine göre nasıl konumlandıklarını anladılar. Elektromanyetik alan aynı zamanda var olmasının nedenidir.ışık.
Canlı iletkenlerin etkileşimi için farklı seçeneklerle deneyler yapan Faraday, akımın en iyi, hem birinci hem de ikinci bobinler tek bir ortak metal çekirdeğe sarıldığında iletildiğini buldu. Elektromanyetik indüksiyon yasasını ifade eden formül bu cihazda türetilmiştir.
Formül ve bileşenleri
Elektrik çalışmalarının tarihi Faraday deneyine taşındığına göre, şimdi formülü yazmanın zamanı geldi:
ε=-dΦ / dt.
Deşifre:
ε elektromotor kuvvettir (kısaca EMF). ε değerine bağlı olarak elektronlar iletkende daha yoğun veya daha zayıf hareket eder. Kaynağın gücü EMF'yi etkiler ve elektromanyetik alanın gücü de onu etkiler.
Φ, belirli bir alandan o anda geçmekte olan manyetik akının büyüklüğüdür. Faraday, iletkenin içinden geçeceği belirli bir alana ihtiyaç duyduğu için teli bir yay şeklinde sardı. Tabii ki, çok kalın bir iletken yapmak mümkün olurdu, ama bu pahalı olurdu. Bilim adamı daire şeklini seçti çünkü bu düz şekil, alan-yüzey uzunluğu arasındaki en büyük orana sahip. Bu en enerji verimli formdur. Bu nedenle düz bir yüzeydeki su damlacıkları yuvarlak hale gelir. Ek olarak, yuvarlak kesitli bir yayı elde etmek çok daha kolaydır: sadece teli bir tür yuvarlak nesnenin etrafına sarmanız yeterlidir.
t, akışın döngüden geçmesi için geçen süredir.
Elektromanyetik indüksiyon yasasının formülündeki d öneki, değerin diferansiyel olduğu anlamına gelir. yaninihai sonucu elde etmek için küçük bir manyetik akı küçük zaman aralıklarında farklılaştırılmalıdır. Bu matematiksel eylem, insanlardan biraz hazırlık gerektirir. Formülü daha iyi anlamak için okuyucuyu farklılaşmayı ve entegrasyonu hatırlamaya teşvik ediyoruz.
Yasanın sonuçları
Faraday'ın keşfinden hemen sonra fizikçiler elektromanyetik indüksiyon fenomenini araştırmaya başladılar. Örneğin Lenz yasası, bir Rus bilim adamı tarafından deneysel olarak türetilmiştir. Son formüle bir eksi ekleyen bu kuraldı.
Şuna benziyor: endüksiyon akımının yönü tesadüfi değil; ikinci sargıdaki elektron akışı, olduğu gibi, ilk sargıdaki akımın etkisini az altma eğilimindedir. Yani elektromanyetik indüksiyonun meydana gelmesi aslında ikinci yayın "kişisel yaşam"daki müdahaleye karşı direncidir.
Lenz kuralının başka bir sonucu daha var.
- İlk bobindeki akım artarsa, ikinci yayın akımı da artma eğiliminde olacaktır;
- İndükleyici sargıdaki akım düşerse, ikinci sargıdaki akım da azalır.
Bu kurala göre, içinde indüklenmiş bir akımın meydana geldiği bir iletken, aslında değişen bir manyetik akının etkisini telafi etme eğilimindedir.
Tahıl ve eşek
En basit mekanizmaları kendi çıkarları için kullanın, insanlar uzun zamandır uğraşıyorlar. Un öğütmek zahmetli bir iştir. Bazı kabileler tahılı elle öğütür: buğdayı bir taşın üzerine koyun, diğerini yassı ve yuvarlak bir taşla örtün ve döndürün.değirmen taşı. Ama bütün bir köy için un öğütmeniz gerekiyorsa, bunu tek başına kas emeği ile yapamazsınız. İlk başta, insanlar değirmen taşına bir yük hayvanı bağlamayı tahmin ettiler. Eşek ipi çekti - taş döndü. Sonra muhtemelen insanlar şöyle düşündü: “Nehir her zaman akar, her türlü şeyi aşağı doğru iter. Neden onu iyilik için kullanmıyoruz? Su değirmenleri böyle ortaya çıktı.
Tekerlek, su, rüzgar
Tabii ki, bu yapıları inşa eden ilk mühendisler, suyun her zaman düşme eğiliminde olduğu yerçekimi kuvveti, sürtünme kuvveti veya yüzey gerilimi hakkında hiçbir şey bilmiyorlardı. Ama gördüler: Bir dere veya nehirde bir çapa bıçaklı bir tekerlek koyarsanız, o zaman sadece dönmekle kalmaz, aynı zamanda faydalı işler de yapabilir.
Fakat bu mekanizma bile sınırlıydı: Her yerde yeterli akım gücüne sahip akan su yok. Böylece insanlar ilerledi. Rüzgarla çalışan değirmenler yaptılar.
Kömür, akaryakıt, benzin
Bilim adamları elektriğin uyarılma ilkesini anladıklarında, teknik bir görev belirlendi: onu endüstriyel ölçekte elde etmek. O zamanlar (on dokuzuncu yüzyılın ortaları) dünya bir makine ateşi içindeydi. Tüm zor işleri genişleyen çifte emanet etmeye çalıştılar.
Fakat o zamanlar yalnızca fosil yakıtlar, kömür ve akaryakıt büyük miktarda suyu ısıtabildi. Bu nedenle, antik karbon açısından zengin olan dünyanın bu bölgeleri hemen yatırımcıların ve işçilerin dikkatini çekti. Ve insanların yeniden dağılımı sanayi devrimine yol açtı.
Hollanda veTeksas
Ancak bu durumun çevre üzerinde kötü bir etkisi oldu. Ve bilim adamları düşündü: doğayı yok etmeden nasıl enerji elde edilir? İyi unutulmuş yaşlı kurtarıldı. Değirmen, doğrudan kaba mekanik işler yapmak için torku kullandı. Hidroelektrik santrallerinin türbinleri mıknatısları döndürür.
Şu anda en temiz elektrik rüzgar enerjisinden geliyor. Teksas'ta ilk jeneratörleri yapan mühendisler, Hollanda'daki yel değirmenlerinin deneyiminden yararlandı.
