Zakon elektromagnetne indukcije. Pravilo Lenca in Faradayja

Danes bomo tako fizični fenomen razkrili kot »zakon elektromagnetne indukcije«. Povedali bomo, zakaj je Faraday izvedel poskuse, dal formulo in pojasnil pomen tega pojava za vsakdanje življenje.

Stari bogovi in ​​fizika

Stari ljudje so častili neznano. In zdaj se človek boji brezne morja in razdalje kozmosa. Toda znanost lahko pojasni, zakaj. Podmornice odstranijo neverjetno življenje oceanov na globini več kot kilometer, vesoljski teleskopi pa preučujejo predmete, ki so obstajali le nekaj milijonov let po velikem udarcu.

Ampak potem so ljudje oboževali vse, kar jih je očaralo in jih skrbelo:

• sončni vzhod;
• bujenje rastlin spomladi;
• dež;
• rojstvo in smrt.

V vsakem predmetu in pojavu živeli so neznane sile, ki so vodile svet. Do sedaj otroci ponavadi humanizirajo pohištvo in igrače. Bivanje odraslih brez nadzora, fantazirajo: odejo se bo objemalo, blato bo ustrezalo, okno se bo odprlo.

Morda je bil prvi evolucijski korak človeštva sposobnost vzdrževanja ognja. Antropologi kažejo, da so bili prvi požari osvetljeni z drevesa, v katerega je udarila strela.

Tako je elektrika igrala veliko vlogo v življenju človeštva. Prva strela je spodbudila razvoj kulture, osnovni zakon elektromagnetne indukcije je pripeljal človeštvo v sedanje stanje.

Od kisa do jedrskega reaktorja

V piramidi Cheops so našli čudne keramične posode: vrat, zapečaten z voskom, v globini skritega kovinskega cilindra. Na notranji strani sten so našli ostanke kisa ali kislega vina. Znanstveniki so prišli do senzacionalnega zaključka: ta artefakt je baterija, vir električne energije.

Toda pred 1600, nihče ni preučeval tega pojava. Pred premikanjem elektronov je bila raziskana narava statične elektrike. Dejstvo, da jantar daje uvrstitve, če je podrgnil krzno, so znali tudi stari Grki. Barva tega kamna je spomnila na svetlobo zvezde Elektra iz Pleiadesa. Ime mineralov pa je postalo priložnost za krst fizičnega pojava.

Prvi primitivni DC vir je bil zgrajen leta 1800

Seveda, takoj ko se je pojavil dovolj močan kondenzator, so znanstveniki začeli preučevati lastnosti prevodnika, ki je povezan z njim. Leta 1820 je danski znanstvenik Hans Christian Oersted ugotovil, da magnetna igla odstopa poleg prevodnika, ki je vključen v mrežo. To dejstvo je dalo zagon odkrivanju zakona elektromagnetne indukcije Faraday (formula bo podana spodaj), ki je omogočila človeštvu pridobivanje električne energije iz vode, vetra in jedrskega goriva.

Primitivna, vendar sodobna

Fizično osnovo eksperimentov Max Faraday je postavil Oersted. Če vključeni prevodnik vpliva na magnet, je tudi obratno: magnetni vodnik mora sprožiti tok.

Struktura eksperimenta, ki je pomagala izpeljati zakon elektromagnetne indukcije (EMF kot koncept, ki ga bomo obravnavali kasneje), je bila zelo preprosta. Žična rana v vzmetu je bila priključena na napravo, ki registrira tok. Na tuljave je znanstvenik postavil velik magnet. Čeprav se je magnet premaknil poleg vezja, je naprava registrirala pretok elektronov.

Od takrat je bila tehnika izboljšana, vendar je osnovno načelo ustvarjanja električne energije na ogromnih postajah enako: premični magnet vzbuja tok v vodniku vzmetne rane.

Razvoj idej

Prva izkušnja je Faradayja prepričala, da sta električna in magnetna polja medsebojno povezana. Vendar je bilo potrebno ugotoviti, kako. Ali obstaja okoli magnetnega polja okoli dirigenta, ali pa so le sposobni vplivati ​​drug na drugega? Tako je znanstvenik nadaljeval. Pregibal je eno žico, mu prinesel tok in ta tuljava je potisnila v drugo pomlad. Prejel sem tudi elektriko. Ta eksperiment je pokazal, da gibljivi elektroni ne ustvarjajo samo električnega polja, temveč tudi magnetnega polja. Kasneje so znanstveniki ugotovili, kako se nahajajo v vesolju drug proti drugemu. Elektromagnetno polje je tudi razlog, zakaj je svetloba.

Eksperimentiranje z različnimi možnostmi za interakcijo prevodnikov pod napetostjo, je ugotovil Faraday: tok se najbolje prenaša, če sta tako prva kot druga tuljava navita na eno skupno kovinsko jedro. Formula, ki izraža zakon elektromagnetne indukcije, je bila izpeljana natančno na tej napravi.

Formula in njene komponente

Zdaj, ko je zgodovina študije o električni energiji prinesla Faradayevemu eksperimentu, je čas, da napišemo formulo:

epsilon- = -dPhi- / dt.

Dešifriramo:

epsilon- je elektromotorna sila (skrajšani EMF). Glede na velikost Epsilon-elektroni se bolj intenzivno ali šibkeje premikajo v prevodniku. Na emf je vplivala moč viru in na njej - intenzivnost elektromagnetnega polja.

Phi je magnituda magnetnega toka, ki v določenem trenutku prehaja skozi določeno območje. Faraday je pregibal žico v pomlad, ker mu je potreboval določen prostor, skozi katerega bi vodil dirigent. Seveda bi lahko naredili zelo debele dirigente, vendar bi bilo drago. Znanstveniki so izbrali obliko kroga, ker ima ta letala največji delež površine do dolžine površine. To je najbolj energetsko učinkovita oblika. Zato kapljice vode na ravno površino postanejo okrogle. Poleg tega je veliko lažje pridobiti vzmet s krožnim prečnim prerezom: zadostuje, da je žica na nekem okroglem predmetu.

t je čas, ko je tok potekal skozi vezje.

Predpona d v formuli zakona elektromagnetne indukcije pomeni, da je vrednost diferencialna. To pomeni, da je treba majhen magnetni tok razlikovati v majhnih časovnih intervalih, da bi dobili končni rezultat. Ta matematična akcija zahteva ljudi do določene mere pripravljenosti. Da bi bolje razumeli formulo, močno priporočamo bralcu, da opozori na diferenciacijo in integracijo.

Posledice zakona

Takoj po odkritju Faradaya so fiziki začeli raziskovati pojav elektromagnetne indukcije. Na primer, zakon Lenza je eksperimentalno izvedel ruski znanstvenik. To pravilo je dodalo minus do končne formule.

Izgleda takole: smer indukcijskega toka ni naključna, tok elektronov v drugem navitju ima za cilj zmanjšati učinek toka v prvem navijanju. To pomeni, da je nastanek elektromagnetne indukcije dejansko odpor drugega pomlada na motenje v "osebnem življenju".

Lincovo pravilo ima še eno posledico.

• če se tok v prvem tuljavu poveča, se bo prav tako povečal tok drugega pomlada;
• Če pade tok v induktivnem navitju, se tok v drugem zmanjša.

V skladu s tem pravilom je prevodnik, v katerem nastane indukcijski tok, dejansko nagnjen k kompenzaciji delovanja spreminjajočega magnetnega pretoka.

Žito in osel

Ljudje so že dolgo uporabljali najpreprostejše mehanizme za lastno dobro. Mletje moke je težka naloga. Nekatera plemena ročno zmeljo zrna: položite pšenico na en kamen, pokrijte z drugim ravnim in okroglim kamnom in zavrtite mlin. Ampak, če morate mleto mleto na celotni vasi, potem ne morete storiti brez mišične mase. Sprva so ljudje uganili, da bi pripeljali živino v mlin. Osel je vlekel na vrv - kamen se je vrtel. Potem, verjetno, ljudje mislijo: "Reka teče ves čas, potisne predmete v smeri toka. Zakaj ga ne uporabimo za dobro? «Tako so se pojavili vodni mlini.

Kolo, voda, veter

Seveda prvi inženirji, ki so zgradili te strukture, niso vedeli ničesar o gravitacijskem sili, zaradi česar voda vedno narašča, niti o sili trenja ali površinske napetosti. Toda videli so: če postavite kolo z lopaticami na premer v toku ali reki, ne bo le vrtel, ampak bi lahko tudi opravljal koristno delo.

Ampak ta mehanizem je bil tudi omejen: vedno ni tekoče vode z zadostno pretočno močjo. Zato so ljudje nadaljevali. Gradili so mline, ki so delovale od vetra.

Premog, kurilno olje, bencin

Ko so znanstveniki razumeli načelo vzbujanja električne energije, je bila določena tehnična naloga, da bi jo dobili v industrijskem obsegu. V tistem času (sredi devetnajstega stoletja) je svet prehitel vročina avtomobilov. Vse trudno delo je bilo poskušano poveriti razširjenemu paru.

Toda potem so lahko samo ogrevali velike količine vode s fosilnimi gorivi - premog in kurilno olje. Zato, regije sveta, ki so bili bogati s starimi ogljikovimi hidrati, so takoj pritegnili pozornost vlagateljev in delavcev. In prerazporeditev ljudi je pripeljala do industrijske revolucije.

Nizozemska in Teksas

Vendar pa je to stanje stvari slabo vplivalo na okolje. In znanstveniki so mislili: kako sprejemati energijo, ne da bi uničili naravo? Dobiček dobro pozabljenega starega. Mlin je uporabil navor, da bi opravil neposredno grobo mehansko delo. Turbine hidroelektrarn rotirajo magnete.

Trenutno je najčistejša električna energija pridobljena iz moči vetra. Inženirji, ki so zgradili prve tovarne v Teksasu, so se sklicevali na izkušnje vetrnic na Nizozemskem.