Fenomen elektromagnetske indukcije. Otkriće, iskustvo, primjena

Danas ćemo govoriti o fenomenu elektromagnetske indukcije. Objasnimo zašto je ovaj fenomen otkriven i kakve je koristi donio.

svila

Ljudi su oduvijek nastojali živjeti bolje. Neki bi mogli pomisliti da je to razlog za optuživanje čovječanstva za pohlepu. Ali često govorimo o stjecanju osnovnih kućanskih pogodnosti.

U srednjovjekovnoj Europi mogli su izraditi tkanine od vune, pamuka i lana. U to vrijeme ljudi su patili od viška buha i ušiju. U isto vrijeme, kineska civilizacija je već naučila majstorski tkati svilu. Odjeća od njega nije dopuštala krvopije ljudskoj koži. Šape kukaca kliznule su po glatkoj tkanini, a uši su pale. Dakle, Europljani su htjeli nositi svilu svim sredstvima. Trgovci su smatrali da je to još jedna prilika da se obogati. Stoga je položen Veliki put svile.

Jedino je na taj način željena tkanina isporučena Europi koja pati. I tako su mnogi ljudi bili uključeni u proces koji je rezultirao time da su se gradovi pojavili, carstva su se zalagala za pravo na ubiranje poreza, a neki dijelovi puta su i dalje najpogodniji način da dođete na pravo mjesto.

Kompas i zvijezda

Na putu karavana sa svilom stajale su planine i pustinje. Dogodilo se da je priroda tog područja ostala ista tjednima i mjesecima. Stjenovite dine zamijenjene su istim brežuljcima, jedan slijedi drugi. Ljudi su se morali nekako kretati kako bi isporučili svoj dragocjeni teret.

Zvijezde su najprije došle u pomoć. Znajući koji je dan i kakve konstelacije očekivati, iskusni putnik uvijek je mogao odrediti gdje je jug, gdje je istok i kamo ići. Ali uvijek nije bilo dovoljno ljudi s dovoljno znanja. Da, i vrijeme nije znalo kako brojati. Zalazak sunca, izlazak sunca - to su sve znamenitosti. Mećava ili pješčana oluja, oblačno vrijeme isključivalo je čak i mogućnost da se vidi polarna zvijezda.

Tada su ljudi (vjerojatno drevni Kinezi, ali znanstvenici još uvijek raspravljaju o ovom rezultatu) shvatili da je jedan mineral uvijek na određeni način smješten u odnosu na kardinalne točke. Ovo svojstvo korišteno je za stvaranje prvog kompasa. Prije otkrića pojave elektromagnetske indukcije bilo je daleko, ali je napravljen početak.

Od kompasa do magneta

Naziv "magnet" vraća se natrag do toponima. Vjerojatno su prvi kompasi napravljeni od rude koja se kopa u brdima Magnezije. Ovo područje nalazi se u Maloj Aziji. Magneti su izgledali kao crno kamenje.

Prvi kompasi su bili vrlo primitivni. Voda je bila izlivena u posudu ili drugi spremnik, a tanak disk plutajućeg materijala stavljen je na vrh. I u središtu diska postavljena je magnetizirana strelica. Jedan kraj uvijek je bio okrenut prema sjeveru, a drugi prema jugu.

Teško je čak i zamisliti da je karavan uštedio vodu za kompas, dok su ljudi umirali od žeđi. No, ne gubiti smjer i dopustiti ljudima, životinjama i dobrima da dođu na sigurno mjesto bilo je važnije od nekoliko zasebnih života.

Kompasi su putovali i susreli se s raznim fenomenima prirode. Nije ni čudo što je fenomen elektromagnetska indukcija Otkrivena je u Europi, iako je magnetska ruda izvorno minirana u Aziji. Na tako zamršen način, želja europskih stanovnika da bolje spavaju dovela je do najvažnijeg otkrića fizike.

Magnetski ili električni?

Početkom devetnaestog stoljeća znanstvenici su shvatili kako se to može postići istosmjerna struja Stvorena je prva primitivna baterija. Bilo je dovoljno staviti struju elektrona kroz metalne vodiče. Zahvaljujući prvom izvoru električne energije, napravljeno je više otkrića.

Godine 1820. danski znanstvenik Hans Christian Oersted otkrio je: magnetska se igla otklanja pokraj vodiča uključenog u mrežu. Pozitivni pol kompasa uvijek se nalazi na određeni način s obzirom na smjer struje. Znanstvenik je napravio eksperiment u svim mogućim geometrijama: vodič je bio iznad ili ispod strelice, nalazio se paralelno ili okomito. Kao rezultat toga, uvijek je ispalo isto: uključena struja pokreće magnet. Tako je predviđeno otkriće pojave elektromagnetske indukcije.

Faradayevi eksperimenti

Ali misao znanstvenika mora biti potvrđena eksperimentom. Odmah nakon Oerstedovog iskustva, engleski fizičar Michael Faraday se zapitao: "Da li magnetska i električna polja jednostavno utječu jedni na druge ili su u većoj mjeri povezani?"

Shema iskustva je jednostavna. Sada to može ponoviti svaki školarac. Tanka metalna žica bila je smotana u obliku opruge. Njegovi krajevi povezani su s uređajem koji bilježi struju. Kada se magnet pomakne blizu zavojnice, strelica na uređaju označava napon električnog polja. Tako je izveden Faradayev zakon o elektromagnetskoj indukciji.

Nastavak eksperimenata

Ali to nije sve što je znanstvenik učinio. Budući da su magnetska i električna polja usko povezana, bilo je potrebno saznati koliko.

Da bi to učinio, Faraday je doveo struju u jedan namotaj i gurnuo je u drugu iz istog namotaja s radijusom većim od prvog. I opet je došlo do struje. Tako je znanstvenik dokazao: pokretni naboj istovremeno stvara i električna i magnetska polja.

Važno je naglasiti da govorimo o kretanju magneta ili magnetskog polja unutar zatvorenog kruga opruge. To jest, protok se mora stalno mijenjati. Ako se to ne dogodi, ne stvara se struja.

formula

Faradayev zakon za elektromagnetsku indukciju izražava se formulom

ε = -dΦ / dt.

Dešifriramo likove.

ε označava EMF ili elektromotornu silu. Ta je količina skalarna (to jest, nije vektorska), i pokazuje rad koji određene sile ili zakoni prirode primjenjuju na stvaranje struje. Treba napomenuti da rad mora nužno napraviti neelektrične pojave.

. Jest magnetski tok kroz zatvorenu petlju. Ova vrijednost je rezultat dvaju drugih: veličina vektora magnetske indukcije B i područje zatvorene petlje. Ako magnetno polje djeluje na strujni krug koji nije strogo okomit, tada se proizvod dodaje kosinus. kut između vektora Unutar i normalno na površinu.

Za potpunije razumijevanje formule, savjetujemo vam da se prisjetite razlike vektora od skalara i najjednostavnije trigonometrije.

Učinci otkrića

Drugi su slijedili ovaj zakon. Naknadni znanstvenici utvrdili su ovisnost intenziteta električne struje o snazi, otpornosti na materijal vodiča. Proučavana su nova svojstva, stvorene su nevjerojatne legure. Naposljetku, čovječanstvo je dešifriralo strukturu atoma, prodrlo u tajnu rođenja i smrti zvijezda, otkrilo genom živih bića.

A sva ta postignuća zahtijevala su ogromnu količinu resursa i, iznad svega, struju. Svaka proizvodnja ili veliko znanstveno istraživanje provedeno je na raspolaganju tri komponente: kvalificirano osoblje, materijal za rad i jeftina električna energija.

I to je bilo moguće tamo gdje bi prirodne sile mogle dati veliki moment rotacije rotoru: rijeke s velikom visinskom razlikom, doline s jakim vjetrom, rasjedi s viškom geomagnetske energije.

Zanimljivo je da se suvremeni način dobivanja električne energije ne razlikuje bitno od eksperimenata Faradaya. Magnetski rotor se vrlo brzo okreće unutar velikog svitka žice. Magnetsko polje u namotu se mijenja cijelo vrijeme i generira se električna struja.

Naravno, odabran je najbolji materijal za magnet i vodiče, a tehnologija cijelog procesa je potpuno drugačija. Ali bit je jedna stvar: koristi se princip otvoren na najjednostavnijem sustavu.