Bugun biz fizikaning "elektromagnit induksiya qonuni" kabi hodisasini ochamiz. Faraday nima uchun tajribalar o'tkazganini aytib beramiz, formula keltiramiz va hodisaning kundalik hayot uchun ahamiyatini tushuntiramiz.
Qadimgi xudolar va fizika
Qadimgi odamlar noma'lum narsaga sig'inardilar. Va endi odam dengiz tubidan va kosmosning masofasidan qo'rqadi. Ammo buning sababini fan tushuntira oladi. Suv osti kemalari bir kilometrdan oshiq chuqurlikdagi okeanlarning aql bovar qilmaydigan hayotini suratga oladi, kosmik teleskoplar katta portlashdan atigi bir necha million yil o‘tib mavjud bo‘lgan obyektlarni o‘rganadi.
Ammo keyin odamlar ularni hayratda qoldiradigan va bezovta qiladigan hamma narsani ilohiylashtirdilar:
- quyosh chiqishi;
- bahorda oʻsimliklarni uygʻotish;
- yomg'ir;
- tug'ilish va o'lim.
Har bir narsa va hodisada dunyoni boshqaradigan noma'lum kuchlar yashagan. Hozirgacha bolalar mebel va o'yinchoqlarni insoniylashtirishga moyil. Kattalar qarovsiz qolsa, ular xayol suradilar: adyol quchoqlashadi, kursiyot sig‘adi, deraza o‘z-o‘zidan ochiladi.
Ehtimol, insoniyatning birinchi evolyutsion qadami o'z hayotini saqlab qolish qobiliyatidir.olov. Antropologlarning fikriga ko'ra, birinchi yong'inlar chaqmoq urgan daraxtdan chiqqan.
Shunday qilib, elektr energiyasi insoniyat hayotida juda katta rol o'ynadi. Birinchi chaqmoq madaniyat rivojiga turtki berdi, elektromagnit induksiyaning asosiy qonuni insoniyatni hozirgi holatga keltirdi.
Sirkadan yadro reaktoriga
Xeops piramidasida g'alati sopol idishlar topilgan: bo'yin mum bilan muhrlangan, chuqurlikda metall silindr yashiringan. Devorlarning ichki qismida sirka yoki nordon vino qoldiqlari topilgan. Olimlar shov-shuvli xulosaga kelishdi: bu artefakt batareya, elektr toki manbai.
Ammo 1600 yilgacha hech kim bu hodisani o'rganishni o'z zimmasiga olmagan. Elektronlarni harakatlantirishdan oldin statik elektrning tabiati o'rganildi. Qadimgi yunonlar kehribar mo'ynaga surtilsa, oqindi chiqarishini bilishgan. Bu toshning rangi ularga Pleiadesdagi Elektra yulduzining nurini eslatdi. Va mineralning nomi, o'z navbatida, jismoniy hodisani suvga cho'mish uchun sabab bo'ldi.
Birinchi ibtidoiy DC manbai 1800-yilda qurilgan
Albatta, etarlicha kuchli kondansatör paydo bo'lishi bilan olimlar unga ulangan o'tkazgichning xususiyatlarini o'rganishga kirishdilar. 1820 yilda daniyalik olim Xans Kristian Oersted tarmoqqa kiritilgan o'tkazgich yonida magnit igna og'ishini aniqladi. Bu fakt Faraday tomonidan elektromagnit induksiya qonunini kashf qilishga turtki bo'ldi (formula quyida keltirilgan), bu esa insoniyatga ajratib olishga imkon berdi.suv, shamol va yadro yoqilg'isidan olinadigan elektr energiyasi.
Ibtidoiy, ammo zamonaviy
Maks Faraday tajribalarining fizik asosi Oersted tomonidan yaratilgan. Agar o'zgartirilgan o'tkazgich magnitga ta'sir qilsa, buning aksi ham to'g'ri bo'ladi: magnitlangan o'tkazgich tokni induktsiya qilishi kerak.
Elektrmagnit induksiya qonunini (EMF tushunchasi sifatida biz biroz keyinroq ko'rib chiqamiz) chiqarishga yordam bergan tajribaning tuzilishi juda oddiy edi. Prujinaga o'ralgan sim tokni qayd qiluvchi qurilmaga ulangan. Olim bobinlarga katta magnit olib keldi. Magnit kontaktlarning zanglashiga olib ketayotganda, qurilma elektronlar oqimini qayd etdi.
Oʻshandan beri texnika yaxshilandi, lekin ulkan stansiyalarda elektr energiyasini yaratishning asosiy printsipi hamon bir xil: harakatlanuvchi magnit prujina bilan oʻralgan oʻtkazgichdagi tokni qoʻzgʻatadi.
G'oyalarni ishlab chiqish
Birinchi tajriba Faradayni elektr va magnit maydonlari oʻzaro bogʻlanganligiga ishontirdi. Lekin aniq qanday qilib aniqlash kerak edi. Magnit maydon oqim o'tkazuvchi o'tkazgich atrofida ham paydo bo'ladimi yoki ular bir-biriga ta'sir qila oladimi? Shuning uchun olim yanada uzoqqa bordi. U bitta simni o'rab, unga oqim keltirdi va bu lasanni boshqa buloqqa itarib yubordi. Va u ham elektr toki oldi. Bu tajriba harakatlanuvchi elektronlar nafaqat elektr, balki magnit maydon ham yaratishini isbotladi. Keyinchalik olimlar ular bir-biriga nisbatan kosmosda qanday joylashganligini aniqladilar. Elektromagnit maydon ham borligining sababidiryorug'lik.
Jonli o'tkazgichlarning o'zaro ta'sirining turli xil variantlarini sinab ko'rgan Faraday, agar birinchi va ikkinchi bobinlar bitta umumiy metall yadroga o'ralgan bo'lsa, oqim eng yaxshi uzatilishini aniqladi. Elektromagnit induksiya qonunini ifodalovchi formula ushbu qurilmada olingan.
Formula va uning komponentlari
Endi elektr energiyasini oʻrganish tarixi Faraday tajribasiga keltirildi, formulani yozish vaqti keldi:
e=-dΦ / dt.
Deshifr:
e - elektromotor kuch (qisqacha EMF). e ning qiymatiga qarab, elektronlar o'tkazgichda intensivroq yoki kuchsizroq harakat qiladi. Manbaning kuchi EMFga, elektromagnit maydonning kuchi esa unga ta'sir qiladi.
P - hozirgi vaqtda ma'lum bir hududdan o'tayotgan magnit oqimning kattaligi. Faraday simni buloqqa aylantirdi, chunki unga o'tkazgich o'tishi uchun ma'lum bo'sh joy kerak edi. Albatta, juda qalin o'tkazgich yasash mumkin edi, lekin bu qimmatga tushadi. Olim doira shaklini tanladi, chunki bu tekis figura maydonning sirt uzunligiga eng katta nisbatiga ega. Bu energiya tejamkor shakli. Shuning uchun tekis sirtdagi suv tomchilari yumaloq bo'ladi. Bundan tashqari, dumaloq kesimli buloqni olish ancha oson: simni qandaydir yumaloq buyum atrofiga o‘rash kifoya.
t - oqimning halqadan oʻtishi uchun zarur boʻlgan vaqt.
Elektromagnit induksiya qonuni formulasidagi d prefiksi qiymatning differentsial ekanligini bildiradi. Ya'niyakuniy natijaga erishish uchun kichik magnit oqimni kichik vaqt oralig'ida farqlash kerak. Ushbu matematik harakat odamlardan biroz tayyorgarlikni talab qiladi. Formulani yaxshiroq tushunish uchun biz o'quvchini farqlash va integratsiyani eslab qolishni tavsiya qilamiz.
Qonun oqibatlari
Faraday kashfiyotidan so'ng fiziklar elektromagnit induksiya hodisasini o'rganishga kirishdilar. Masalan, Lenz qonuni rus olimi tomonidan eksperimental ravishda olingan. Aynan shu qoida yakuniy formulaga minus qo‘shdi.
U shunday ko'rinadi: induksiya oqimining yo'nalishi tasodifiy emas; ikkinchi o'rashdagi elektronlar oqimi, xuddi birinchi o'rashdagi oqimning ta'sirini kamaytirishga intiladi. Ya'ni, elektromagnit induksiyaning paydo bo'lishi aslida ikkinchi bahorning "shaxsiy hayot" ga aralashuviga qarshiligidir.
Lenz qoidasi boshqa oqibatlarga olib keladi.
- agar birinchi g' altakdagi tok kuchaysa, ikkinchi prujinaning oqimi ham ortish tendentsiyasiga ega bo'ladi;
- agar induktsiya oʻrashidagi oqim pasaysa, ikkinchi oʻrashdagi oqim ham kamayadi.
Ushbu qoidaga koʻra, induksiyalangan tok boʻlgan oʻtkazgich aslida oʻzgaruvchan magnit oqimining taʼsirini kompensatsiya qilishga intiladi.
Don va eshak
Eng oddiy mexanizmlardan o'z manfaati uchun foydalaning, odamlar uzoq vaqtdan beri intilishadi. Unni maydalash qiyin ish. Ba'zi qabilalar donni qo'lda maydalashadi: bug'doyni bir toshga qo'ying, boshqa tekis va dumaloq tosh bilan yoping va aylantiring.tegirmontoshi. Ammo agar siz butun qishloq uchun unni maydalashingiz kerak bo'lsa, unda siz buni faqat mushak mehnati bilan qilolmaysiz. Dastlab, odamlar tegirmon toshiga qoralama hayvonni bog'lashni taxmin qilishdi. Eshak arqonni tortdi - tosh aylandi. O'shanda, ehtimol, odamlar shunday deb o'ylashgan: Daryo doimo oqadi, u har xil narsalarni pastga suradi. Nega biz undan yaxshilik uchun foydalanmaymiz?” Suv tegirmonlari shunday paydo bo'ldi.
G'ildirak, suv, shamol
Albatta, bu tuzilmalarni qurgan birinchi muhandislar tortishish kuchi, buning natijasida suv har doim tushishga moyilligi, ishqalanish kuchi yoki sirt tarangligi haqida hech narsa bilishmagan. Ammo ular ko'rdilar: agar siz ariq yoki daryoga diametri bo'yicha pichoqli g'ildirak qo'ysangiz, u nafaqat aylanib qolmay, balki foydali ish ham qila oladi.
Ammo bu mexanizm ham cheklangan edi: hamma joyda yetarlicha oqim kuchiga ega suv oqimi yo'q. Shunday qilib, odamlar harakat qilishdi. Ular shamol quvvati bilan ishlaydigan tegirmonlar qurdilar.
Koʻmir, mazut, benzin
Olimlar elektr tokining qo'zg'alish tamoyilini tushunganlarida, texnik vazifa qo'yildi: uni sanoat miqyosida olish. O'sha paytda (XIX asr o'rtalari) dunyo mashinalar isitmasi edi. Ular barcha qiyin ishlarni kengayayotgan juftlikka ishonib topshirishga harakat qilishdi.
Ammo o'shanda faqat qazib olinadigan yoqilg'ilar, ko'mir va mazut katta hajmdagi suvni isitishga qodir edi. Shu sababli, qadimgi uglerodlarga boy bo'lgan dunyo mintaqalari darhol investorlar va ishchilarning e'tiborini tortdi. Odamlarning qayta taqsimlanishi esa sanoat inqilobiga olib keldi.
Gollandiya vaTexas
Ammo bu holat atrof-muhitga yomon ta'sir qildi. Va olimlar o'ylashdi: tabiatni buzmasdan qanday qilib energiya olish mumkin? Yaxshi unutilgan qari qutqarildi. Tegirmon to'g'ridan-to'g'ri qo'pol mexanik ishlarni bajarish uchun momentdan foydalangan. GESlarning turbinalari magnitlarni aylantiradi.
Hozirda eng toza elektr energiyasi shamol energiyasidan olinadi. Texasda birinchi generatorlarni qurgan muhandislar Gollandiyadagi shamol tegirmonlari tajribasidan foydalanganlar.
