I dag vil vi tale om oplevelsen af Faraday, en engelsk fysiker, og vigtigheden af elektromagnetisk induktion i den moderne verden.
Sol, lyn, vulkan
Gamle mennesker tilbad det uforståelige. Vi taler om de tidspunkter, hvor den mest avancerede opfindelse var evnen til at kombinere en pind og en sten til et simpelt værktøj. Der var ingen forklaring på Solens daglige gang, Månens faser, vulkaner, forekomsten af lyn og torden.
Med tordenvejr har menneskeheden en separat roman. Ild fordrev mørket, gav en følelse af sikkerhed, inspirerede opdagelser. Og videnskabsmænd antyder, at den første kontrollerede ild blev skabt af træ, der blev antændt af lynet.
Hammer og magnet
Lidt senere lærte folk at bruge varme til at smelte metal. De første stærke redskaber dukkede op, som var med til at erobre den omgivende natur. Udelukkende ved at eksperimentere faldt forskellige mestre sandsynligvis over usædvanlige og mærkelige hændelser. For eksempel kunne et stykke jern pludselig bevæge sig i nærvær af et andet (magnetisme). I det nittende århundrede blev disse fænomener forklaret af Faradays eksperimenter (elektromagnetisk induktion i moderne forstand opstod netop dengang).
Videnskab ogkonger
Elektrisk strøm har været kendt i lang tid. De vidste, hvordan man skelnede jern fra glas ved egenskaben til at lede elektroner på Michelangelos tid. Men indtil begyndelsen af det nittende århundrede blev dette fænomen udelukkende betragtet som et sjovt fænomen. Derudover er videnskabsmænd altid blevet sponsoreret af en velhavende filantrop - en greve, hertug eller konge. Og de investerede penge skulle som bekendt have givet pote. Så fysikere og kemikere var nødt til at arbejde på en sådan måde, at adelsmandens militære magt øgedes, han fik mere overskud eller nød et lysende skue.
Nogle eksperimenter blev vist til gæsterne som et tegn på magten hos ejeren af pengene. Galileo navngav Jupiters måner, han opdagede til ære for sin protektor, Medici. Sådan var det med elektricitet. Faradays eksperimenter bekræftede elektromagnetisk induktion eksperimentelt. Men før ham var der Ørsteds studier.
Elektrisk eller magnetisk?
Magneten (hoveddelen af kompasset) blev brugt af sømænd, der opdagede Amerika, Australien og vejen til Indien. Elektricitet var interessant sjovt. I 1820 påviste den danske videnskabsmand Hans Christian Ørsted sammenhængen mellem lederes magnetiske og elektriske egenskaber. Hans eksperiment var forløberen for Faradays eksperiment, fænomenet elektromagnetisk induktion og alt, hvad der fulgte af opdagelserne i disse år.
Så, Ørsted tog en lineær leder (tyk ledning) og placerede en magnetisk nål under den. Da videnskabsmanden startede strømmen, skiftede magnetens poler: pilen stod vinkelret på lederen. Fysikeren gentog eksperimentet mange gange,ændret eksperimentets geometri og strømmens retning i lederen. Resultatet var det samme: placeringen af magnetnålens poler var altid den samme med hensyn til elektronernes bevægelsesvektor. Nu virker denne oplevelse meget enkel og forståelig. Men opdagelsen havde vidtrækkende konsekvenser: Ørsted beviste det direkte forhold mellem elektriske og magnetiske felter.
Ejendomsforhold
Men hvis den elektriske strøm var i stand til at påvirke magneten, så kunne magneten få elektronerne til at bevæge sig? Dette er, hvad Faraday forsøgte at bevise med eksperimentet, hvis beskrivelse vi nu vil give.
Forskeren viklede ledningen ind i en spiral (spole), tilsluttede en strømdetekterende enhed til den og bragte en magnet til strukturen. Målernålen flimrede. Oplevelsen viste sig at være vellykket. I fremtiden anvendte Michael Faraday forskellige tilgange og fandt ud af: hvis vi i stedet for en magnet tager en spole og exciterer en strøm i den, så vil en strøm også dukke op i den tilstødende spole. Samspillet er endnu mere effektivt, når en ledende kerne er indsat i svingene på begge helixer.
loven om elektromagnetisk induktion
Faradays induktionslov for et lukket kredsløb er udtrykt ved formlen: ε=-dΦ / dt.
Her er ε den elektromotoriske kraft, der får elektronerne til at bevæge sig i lederen (forkortet EMF), Φ er størrelsen af den magnetiske flux, der i øjeblikket passerer gennem et givet område, og t er tiden.
Denne formel er differentiel. Det betyder, at EMF skal beregnes for alle små tidsperioder ved hjælp af små stykker areal. MENfor at få den samlede elektromotoriske kraft skal resultatet summeres.
Minus i formlen skyldes Lenz' regel. Den lyder: Induktions-emk er rettet således, at den aktiverede strøm blokerer for ændringen i strømningsretningen.
Det er ret nemt at forklare denne regel med et eksempel: når strømmen i den første spole stiger, vil strømmen i den anden også stige; når strømmen i den første spole falder, vil den inducerede også svækkes.
Anvendelse af Faradays lov
Det moderne liv er utænkeligt uden elektricitet. I The Day the Earth Stood Still ændrer Keanu Reeves' karakter menneskets historie ved at slukke for generatorerne. Vi vil ikke tale om mekanismerne bag denne hændelse nu. Fiktion giver frit spil til fantasien, men beskriver ikke mulighederne. Men konsekvenserne af et sådant fænomen ville være virkelig globale: fra ødelæggelse af byinfrastruktur til hungersnød. Mennesker ville faktisk skulle genopbygge deres civilisation for at tilpasse sig en tilværelse uden elektricitet.
Mange science fiction-forfattere udnytter plottet om en global katastrofe. Ud over strømafbrydelsen er årsagerne til en så stor ændring:
- udenlandsk invasion;
- forkert bakteriologisk eksperiment;
- tilfældig opdagelse af en fysisk lov, der ændrer stofstrukturen (f.eks. is-9);
- atomkrig eller katastrofe;
- et evolutionært spring af mennesker (den nye menneskehed har simpelthen ikke brug for teknologi).
Søg efter energikilder erseparat område for menneskelig aktivitet. Folk bruger energien fra fossile ressourcer, vand, vind, bølger, varmen fra underjordisk termisk vand og atomet til at få elektricitet. Alle stationer fungerer takket være princippet, hvis eksistens blev bevist af Faraday i sine eksperimenter. Desuden er skemaet til at generere elektricitet ikke så forskelligt fra hans eksperiment: en vis kraft roterer en enorm magnet (rotor), og det exciterer igen strøm i spolerne.
Selvfølgelig fandt folk et fremragende materiale til kerner, lærte at lave store spoler, isolere viklingslag fra hinanden meget bedre. Men generelt står den moderne civilisation på den erfaring, som Michael Faraday producerede i august 1831.
