Явлението електромагнитна индукция. Откриване, опит, приложение

Днес ще говорим за явлението електромагнитна индукция. Нека обясним защо този феномен е бил открит и какви са ползите от него.

коприна

Хората винаги са искали да живеят по-добре. Някои може да си мислят, че това е причина да се обвинява човечеството за алчността. Но често говорим за получаване на основни битови удобства.

В средновековна Европа те успяват да изработят тъкани от вълна, памук и лен. По това време хората страдали от излишък от бълхи и въшки. В същото време китайската цивилизация вече се е научила майсторски да тъкат коприна. Дрехите, изработени от него, не позволявали на кръвопийци човешката кожа. Лапите на насекомите се плъзнаха по гладката тъкан и въшките паднаха. Затова европейците искаха да носят коприна с всички средства. А търговците смятаха, че това е още една възможност да се обогати. Затова беше положен Великият Път на коприната.

Само по този начин желаната тъкан бе доставена на страдащата Европа. И толкова много хора бяха въвлечени в процеса, че в резултат на това възникнаха градове, империите настояваха за правото да събират данъци, а някои части от пътя все още са най-удобният начин да стигнете до правилното място.

Компас и звезда

По пътя на каравани с коприна стояха планини и пустини. Случило се е, че естеството на зоната остава същото в продължение на седмици и месеци. Степните дюни бяха заменени от едни и същи хълмове, един проход следваше друг. И хората трябваше някак си да се ориентират, за да доставят ценния си товар.

Звездите дойдоха първо на помощ. Знаейки кой ден е и какви съзвездия очакват, опитен пътешественик винаги можеше да определи къде е югът, къде е изтокът и къде да отиде. Но винаги нямаше достатъчно хора с достатъчно знания. Да, и времето просто не знаеше как да брои. Залез, изгрев - това са всички забележителности. Буря или пясъчна буря, облачно време изключва дори възможността да се види полярната звезда.

Тогава хората (вероятно древните китайци, но учените все още спорят за този резултат) разбраха, че един минерал винаги е по определен начин разположен по отношение на кардиналните точки. Това свойство е използвано за създаване на първия компас. Преди откриването на явлението електромагнитна индукция е далеч, но е направено начало.

От компас до магнит

Името "магнит" се връща към топонима. Вероятно първите компаси бяха направени от руда, добита в хълмовете на Магнезия. Този район се намира в Мала Азия. И магнитите приличаха на черни камъни.

Първите компаси бяха много примитивни. Вода се излива в купа или в друг контейнер, отгоре се поставя тънък диск от плаващ материал. И в центъра на диска е поставена магнитна стрелка. Единият му край винаги бе насочен на север, а другият на юг.

Трудно е дори да си представим, че керванът е спестил вода за компаса, докато хората са умрели от жажда. Но да не губим посоката и да позволим на хората, животните и стоките да стигнат до безопасно място е по-важно от няколко отделни живота.

Компасите направиха много пътувания и се срещнаха с различни природни явления. Нищо чудно, че явлението електромагнитна индукция Той е открит в Европа, макар че магнитната руда първоначално е била добивана в Азия. Това е толкова сложно, че желанието на европейските жители да спят по-удобно е довело до най-важното откритие на физиката.

Магнитни или електрически?

В началото на деветнадесети век учените разбраха как да получат постоянен ток Първата примитивна батерия е създадена. Достатъчно беше да се сложи поток от електрони през метални проводници. Благодарение на първия източник на електричество бяха направени редица открития.

През 1820 г. датският учен Ханс Кристиан Оерстед откри: магнитната игла се отклонява до проводника, включен в мрежата. Положителният полюс на компаса винаги е разположен по определен начин по отношение на посоката на тока. Ученият е направил експеримента във всички възможни геометрии: проводникът е над или под стрелката, те са разположени паралелно или перпендикулярно. В резултат на това винаги се оказва едно и също нещо: включеният ток е задействал магнит. Така се очакваше откриването на явлението електромагнитна индукция.

Експерименти на Фарадей

Но мисълта на учените трябва да бъде потвърдена от експеримента. Веднага след опита на Ерстед английският физик Майкъл Фарадей си зададе въпроса: „Магнитните и електрическите полета просто си влияят взаимно или са по-тясно свързани?

Схемата за опит е проста. Сега всеки ученик може да го повтори. Тънката метална жица беше навита във формата на пружина. Краищата му бяха свързани с устройство, което записва тока. Когато магнит се движи близо до бобината, стрелката на устройството показва напрежението на електрическото поле. По този начин беше извлечен законът за електромагнитна индукция на Фарадей.

Продължаване на експериментите

Но това не е всичко, което ученият направи. Тъй като магнитните и електрическите полета са тясно свързани, е необходимо да се открие колко.

За да направи това, Фарадей донесе ток в една намотка и го бутна вътре в друга такава намотка с радиус, по-голям от първия. И отново беше предизвикано електричество. Така ученият доказа: движещият се заряд генерира едновременно електрически и магнитни полета.

Струва си да се подчертае, че говорим за движението на магнит или магнитно поле в затворена верига на пружина. Това означава, че потокът трябва да се променя през цялото време. Ако това не се случи, не се генерира ток.

формула

Законът на Фарадей за електромагнитна индукция се изразява с формулата

ε = -dΦ / dt.

Дешифрираме знаците.

ε обозначава ЕРС или електродвижеща сила. Това количество е скаларно (тоест, не векторно) и показва работата, при която определени сили или закони на природата се прилагат за създаване на течение. Трябва да се отбележи, че работата трябва непременно да прави неелектрически явления.

Φ е магнитен поток чрез затворен контур. Тази стойност е произведение на две други: величината на вектора на магнитната индукция B и областта на затворен контур. Ако магнитното поле действа върху веригата, която не е строго перпендикулярна, тогава към продукта се добавя косинус. ъгъл между вектора В и нормално на повърхността.

За по-пълно разбиране на формулата ви съветваме да си припомните разликата на вектора от скалара и най-простата тригонометрия.

Ефекти на откритието

Други следваха този закон. Следващите учени установили зависимостта на интензитета на електрическия ток от мощността, съпротивлението на проводящия материал. Изследвани са нови свойства, създадени са невероятни сплави. И накрая, човечеството е дешифрирало структурата на атома, проникнало е в мистерията на раждането и смъртта на звездите, разкрило генома на живите същества.

И всички тези постижения изискват огромно количество ресурси и преди всичко електричество. Всяко производство или големи научни изследвания бяха проведени, където имаше три компонента: квалифициран персонал, материалът, с който да се работи, и евтина електроенергия.

И това е възможно, когато силите на природата могат да придадат на ротора голям момент на въртене: реки с голяма разлика във височината, долини със силни ветрове, грешки с излишък на геомагнитна енергия.

Интересното е, че съвременният начин за получаване на електричество не се различава съществено от експериментите на Фарадей. Магнитният ротор се върти много бързо вътре в голяма намотка от тел. Магнитното поле в намотката се променя през цялото време и се генерира електрически ток.

Разбира се, беше избран най-добрият материал за магнита и проводниците, а технологията на целия процес е напълно различна. Но същността е едно: използва се принципът, отворен на най-простата система.