Dnes budeme hovořit o zkušenostech Faradaye, anglického fyzika, ao důležitosti elektromagnetické indukce v moderním světě.
Slunce, blesky, sopka
Starověcí lidé uctívali nepochopitelné. Mluvíme o dobách, kdy nejpokročilejším vynálezem byla schopnost spojit hůl a kámen do jednoduchého nástroje. Neexistovalo žádné vysvětlení pro denní chod Slunce, fáze Měsíce, sopky, výskyt blesků a hromu.
S bouřkami má lidstvo samostatný román. Oheň rozptýlil temnotu, dal pocit bezpečí, inspiroval k objevům. A vědci předpokládají, že první kontrolovaný oheň byl vytvořen ze dřeva zapáleného bleskem.
Kladivo a magnet
O něco později se lidé naučili používat teplo k tavení kovu. Objevily se první silné nástroje, které pomáhaly dobýt okolní přírodu. Různí mistři, kteří postupovali výhradně experimentem, pravděpodobně narazili na neobvyklé a podivné události. Například jeden kus železa by se mohl náhle pohnout v přítomnosti jiného (magnetismus). V devatenáctém století byly tyto jevy vysvětleny Faradayovými experimenty (elektromagnetická indukce v moderním smyslu vznikla právě tehdy).
Věda akrálové
Elektrický proud je známý již dlouhou dobu. Věděli, jak rozeznat železo od skla podle vlastnosti vedení elektronů v době Michelangela. Ale až do začátku devatenáctého století byl tento fenomén považován výhradně za legrační fenomén. Vědce navíc vždy sponzoroval bohatý filantrop – hrabě, vévoda nebo král. A investované peníze, jak víte, se měly vyplatit. Fyzici a chemici tedy potřebovali pracovat tak, aby se vojenská síla šlechtice zvýšila, získal větší zisk nebo si užil jasnou podívanou.
Některé experimenty byly hostům ukázány jako znamení moci majitele peněz. Galileo pojmenoval měsíce Jupitera, které objevil, na počest svého patrona, Medicejských. Tak to bylo i s elektřinou. Faradayovy experimenty potvrdily elektromagnetickou indukci experimentálně. Ale před ním byla Oerstedova studia.
Elektrický nebo magnetický?
Magnet (hlavní část kompasu) byl používán námořníky, kteří objevili Ameriku, Austrálii a cestu do Indie. Elektřina byla zajímavá zábava. V roce 1820 dánský vědec Hans Christian Oersted prokázal souvislost mezi magnetickými a elektrickými vlastnostmi vodičů. Jeho experiment byl předchůdcem Faradayova experimentu, fenoménu elektromagnetické indukce a všeho, co následovalo po objevech těch let.
Oersted tedy vzal lineární vodič (tlustý drát) a umístil pod něj magnetickou jehlu. Když vědec spustil proud, póly magnetu se posunuly: šipka stála kolmo k vodiči. Fyzik experiment mnohokrát opakoval,změnila geometrii experimentu a směr proudu ve vodiči. Výsledek byl stejný: umístění pólů magnetické střelky bylo vždy stejné s ohledem na vektor pohybu elektronů. Nyní se tato zkušenost zdá velmi jednoduchá a pochopitelná. Ale objev měl dalekosáhlé důsledky: Oersted dokázal přímý vztah mezi elektrickým a magnetickým polem.
Majetkový vztah
Pokud by ale elektrický proud dokázal ovlivnit magnet, mohl by magnet způsobit pohyb elektronů? To se Faraday pokusil dokázat experimentem, jehož popis nyní uvedeme.
Vědec navinul drát do spirály (cívky), připojil k ní zařízení pro detekci proudu a ke konstrukci přivedl magnet. Ručička měřiče zablikala. Zkušenost se ukázala jako úspěšná. V budoucnu Michael Faraday aplikoval různé přístupy a zjistil: pokud místo magnetu vezmeme jednu cívku a vybudíme v ní proud, objeví se proud i v sousední cívce. Interakce je ještě efektivnější, když je vodivé jádro vloženo do závitů obou šroubovic.
Zákon elektromagnetické indukce
Faradayův zákon indukce pro uzavřený okruh je vyjádřen vzorcem: ε=-dΦ / dt.
Zde ε je elektromotorická síla, která způsobuje pohyb elektronů ve vodiči (zkráceně EMF), Φ je velikost magnetického toku, který aktuálně prochází danou oblastí, a t je čas.
Tento vzorec je diferenciální. To znamená, že EMF by se mělo vypočítat pro všechna malá časová období s použitím malých kousků plochy. ALEk získání celkové elektromotorické síly je třeba výsledek sečíst.
Mínus ve vzorci je způsoben Lenzovým pravidlem. Zní: Indukční emf je nasměrován tak, že vybuzený proud blokuje změnu směru toku.
Toto pravidlo je docela snadné vysvětlit na příkladu: když se zvýší proud v první cívce, zvýší se i proud ve druhé; když se proud v první cívce sníží, zeslábne i indukovaný.
Uplatnění Faradayova zákona
Moderní život si bez elektřiny nelze představit. V Den, kdy se zastavila Země, postava Keanu Reevese změní běh lidských dějin tím, že vypne generátory. O mechanismech tohoto incidentu se nyní bavit nebudeme. Fikce dává volný průchod fantazii, ale nepopisuje možnosti. Ale důsledky takového jevu by byly skutečně globální: od zničení městské infrastruktury po hladomor. Lidé by ve skutečnosti museli znovu vybudovat svou civilizaci, aby se přizpůsobili existenci bez elektřiny.
Mnoho autorů sci-fi využívá zápletku globální katastrofy. Kromě výpadku proudu jsou důvody pro tak velkou změnu:
- zahraniční invaze;
- nesprávný bakteriologický experiment;
- náhodný objev fyzikálního zákona, který mění strukturu hmoty (například led-9);
- jaderná válka nebo katastrofa;
- evoluční skok lidí (nové lidstvo prostě nepotřebuje technologii).
Hledání zdrojů energie jesamostatná oblast lidské činnosti. Lidé využívají k získávání elektřiny energii fosilních zdrojů, vodu, vítr, vlny, teplo podzemních termálních vod a atom. Všechny stanice fungují díky principu, jehož existenci prokázal Faraday ve svých experimentech. Schéma výroby elektřiny se navíc příliš neliší od jeho experimentu: určitá síla otáčí obrovským magnetem (rotorem) a ten zase budí proud v cívkách.
Samozřejmě lidé našli vynikající materiál pro jádra, naučili se vyrábět velké cívky, mnohem lépe od sebe izolovat vrstvy vinutí. Ale obecně platí, že moderní civilizace stojí na zkušenosti vytvořené Michaelem Faradayem v srpnu 1831.
