Бүгүн биз физиканын «электромагниттик индукция мыйзамы» сыяктуу кубулушун ачабыз. Фарадей эмне үчүн эксперимент жүргүзгөнүн айтып, формула келтирип, кубулуштун күнүмдүк жашоо үчүн маанисин түшүндүрөбүз.
Байыркы кудайлар жана физика
Байыркы адамдар белгисизге сыйынышкан. Ал эми азыр адам деңиздин тереңдигинен, космостун алыстыгынан коркот. Бирок мунун себебин илим түшүндүрө алат. Суу астындагы кайыктар бир километрден ашык тереңдикте океандардын укмуштуудай жашоосун тартып алышат, космостук телескоптор чоң жарылуудан бир нече миллион жыл өткөндөн кийин гана болгон объекттерди изилдешет.
Бирок анда адамдар аларды кызыктырып, тынчын алган нерселердин баарын кудайлаштырышкан:
- күн чыгыш;
- жазында ойгонуучу өсүмдүктөр;
- жамгыр;
- төрөлүү жана өлүм.
Ар бир нерседе жана кубулушта дүйнөнү башкарган белгисиз күчтөр жашаган. Ушул убакка чейин балдар эмеректерди, оюнчуктарды гумандаштырууга жакын келишет. Чоңдор кароосуз калса, алар кыялданышат: жууркан кучактап, табуретка батат, терезе өзүнөн өзү ачылат.
Адамзаттын эволюциялык биринчи кадамы балким,от. Антропологдор эң алгачкы от чагылган тийген дарактан тутанган деп болжолдошууда.
Ошентип, электр энергиясы адамзаттын жашоосунда эбегейсиз роль ойноду. Биринчи чагылган маданияттын өнүгүшүнө түрткү берди, электромагниттик индукциянын негизги мыйзамы адамзатты азыркы абалга алып келди.
Уксустан ядролук реакторго
Хеопс пирамидасынан таң калыштуу керамикалык идиштер табылган: моюну мом менен жабылган, тереңдикте металл цилиндр катылган. Дубалдардын ичинен уксус же кычкыл шараптын калдыктары табылган. Окумуштуулар сенсациялуу жыйынтыкка келишти: бул артефакт – батарея, электр энергиясынын булагы.
Бирок 1600-жылга чейин бул кубулушту изилдөөнү эч ким колго алган эмес. Электрондорду кыймылдатуудан мурун статикалык электрдин табияты изилденген. Байыркы гректер янтарь жүнүнө сүйкөсө, агып чыгаарын билишкен. Бул таштын түсү аларга Плеиададагы Электра жылдызынын жарыгын эске салды. Ал эми минералдын аталышы өз кезегинде физикалык кубулушту чөмүлдүрүүгө негиз болгон.
Биринчи примитивдүү DC булагы 1800-жылы курулган
Албетте, жетиштүү кубаттуу конденсатор пайда болору менен окумуштуулар ага кошулган өткөргүчтүн касиеттерин изилдей башташты. 1820-жылы даниялык окумуштуу Ганс Кристиан Эрстед магниттик ийне тармакка кирген өткөргүчтүн жанынан четтеп кеткенин аныктаган. Бул факт Фарадей тарабынан электромагниттик индукция мыйзамынын ачылышына түрткү берген (формула төмөндө келтирилет), ал адамзатка бөлүп алууга мүмкүндүк берген.суудан, шамалдан жана өзөктүк отундан алынган электр энергиясы.
Примитивдүү, бирок заманбап
Макс Фарадейдин эксперименттеринин физикалык негизин Эрстед салган. Эгерде которулган өткөргүч магнитке таасир этсе, анда тескерисинче болот: магниттелген өткөргүч токту индукциялоого тийиш.
Электромагниттик индукция мыйзамын чыгарууга жардам берген эксперименттин түзүлүшү (ЭӨК түшүнүгү катары биз бир аз кийинчерээк карап чыгабыз) абдан жөнөкөй болгон. Пружокко оролгон зым токту каттаган түзүлүшкө туташтырылган. Окумуштуу катушкаларга чоң магнит алып келди. Магнит чынжырдын жанында жүрүп жатканда, аппарат электрондордун агымын каттады.
Андан бери техника жакшырды, бирок эбегейсиз чоң станцияларда электр энергиясын түзүүнүн негизги принциби мурдагыдай эле: кыймылдуу магнит пружинага оролгон өткөргүчтөгү токту козгойт.
Идеяларды иштеп чыгуу
Биринчи тажрыйба Фарадейди электр жана магнит талаасы бири-бири менен байланышта экенине ынандырды. Бирок кантип так аныктоо керек болчу. Ток бар өткөргүчтүн айланасында да магнит талаасы пайда болобу же алар жөн эле бири-бирине таасир эте алабы? Ошондуктан, окумуштуу андан ары кетти. Ал бир зымды ороп, ага ток алып келип, бул катушканы башка пружинага түрттү. Анан дагы электр жарыгын алды. Бул тажрыйба кыймылдаган электрондор электрдик гана эмес, магнит талаасын да жаратаарын далилдеди. Кийинчерээк, илимпоздор бири-бирине салыштырмалуу мейкиндикте кандай жайгашканын аныкташкан. электромагниттик талаа да бар себеби болуп саналатжарык.
Ток өткөргүчтөрдүн өз ара аракеттешүүсүнүн ар кандай варианттары менен эксперимент жүргүзүп, Фарадей токтун биринчи жана экинчи катушкалары бир жалпы металл өзөккө оролсо, эң жакшы өткөрүлөөрүн аныктады. Электромагниттик индукция мыйзамын туюндурган формула ушул түзмөктө алынган.
Формула жана анын компоненттери
Эми электр энергиясын изилдөө тарыхы Фарадей экспериментине алынып келингендиктен, формуланы жазууга убакыт келди:
ε=-dΦ / dt.
Deшифр:
ε – электр кыймылдаткыч күч (кыскача EMF). ε чоңдугуна жараша электрондор өткөргүчтө интенсивдүү же начарыраак кыймылдашат. Булактын күчү EMFке, ал эми электромагниттик талаанын күчү ага таасир этет.
Φ – учурда берилген аймактан өтүп жаткан магнит агымынын чоңдугу. Фарадей зымды пружинага ороп алды, анткени ага өткөргүч өтө турган белгилүү мейкиндик керек болчу. Албетте, өтө жоон өткөргүч жасаса болот эле, бирок бул кымбатка турмак. Окумуштуу тегерек формасын тандап алган, анткени бул жалпак фигура аянтынын бетинин узундугуна эң чоң катышы бар. Бул эң энергияны үнөмдөөчү түрү. Демек, тегиз беттеги суу тамчылары тегерек болуп калат. Кошумчалай кетсек, тегерек кесилиши бар пружинаны алуу кыйла оңой: жөн гана зымды кандайдыр бир тегерек нерсенин тегерегине ороп алышыңыз керек.
t – бул циклден өтүүгө кеткен убакыт.
Электромагниттик индукция мыйзамынын формуласындагы d префикси чоңдуктун дифференциалдыгын билдирет. Башкача айткандаакыркы натыйжаны алуу үчүн кичинекей магнит агымы аз убакыт аралыгы боюнча дифференцияланышы керек. Бул математикалык аракет адамдардан кандайдыр бир даярдыкты талап кылат. Формуланы жакшыраак түшүнүү үчүн окурманды дифференциялоону жана интеграцияны эстеп калууга чакырабыз.
Мыйзамдын кесепеттери
Фарадейдин ачылышынан кийин дароо эле физиктер электромагниттик индукция кубулушун изилдей башташты. Мисалы, Ленц мыйзамын орус окумуштуусу эксперимент жолу менен чыгарган. Дал ушул эреже акыркы формулага минус кошту.
Ал мындай көрүнөт: индукциялык токтун багыты кокусунан эмес; экинчи орамдагы электрондордун агымы биринчи орамдагы токтун таасирин азайтууга умтулат. Башкача айтканда, электромагниттик индукциянын пайда болушу чындыгында экинчи пружинанын "жеке жашоого" кийлигишүүгө каршылыгы болуп саналат.
Ленц эрежесинин дагы бир натыйжасы бар.
- биринчи катушкадагы ток күчөй турган болсо, экинчи пружинанын агымы да көбөйө баштайт;
- эгер индукциялоочу орамдагы ток азайса, экинчи орамдагы ток да азаят.
Бул эрежеге ылайык, индукцияланган ток пайда болгон өткөргүч чындыгында өзгөрүп жаткан магнит агымынын таасирин компенсациялоого умтулат.
Дан жана эшек
Эң жөнөкөй механизмдерди өз кызыкчылыгы үчүн колдонгула, адамдар көптөн бери умтулуп келишет. Ун тартуу оор жумуш. Кээ бир уруулар данды кол менен майдалашат: буудайды бир ташка коюп, экинчисин жалпак жана тегерек таш менен жаап, айлантатегирмен ташы. Бирок бүтүндөй бир айыл үчүн ун тартуу керек болсо, анда булчуң эмгеги менен эле кыла албайсың. Адегенде адамдар тегирмендин ташына чыйратылган жаныбарды байлоону ойлошкон. Эшек аркан тартты - таш айланды. Ошондо адамдар ойлошсо керек: «Дарыя тынымсыз агып турат, агымга ар кандай нерселерди түртөт. Эмне үчүн биз аны жакшылыкка колдонбойбуз? Суу тегирмендери ушинтип пайда болгон.
Дөңгөлөк, суу, шамал
Албетте, бул курулуштарды курган биринчи инженерлер суунун ар дайым түшүп кетүүгө умтулган тартылуу күчү жөнүндө, ошондой эле сүрүлүү күчү же беттик чыңалуу жөнүндө эч нерсе билишкен эмес. Бирок алар көрүштү: эгер сиз агымга же дарыяга диаметри бар дөңгөлөктү койсоңуз, анда ал айланып эле тим болбостон, пайдалуу иштерди да аткара алат.
Бирок бул механизм да чектелген: бардык жерде жетиштүү ток күчү менен агын суу жок. Ошентип эл көчүп кетти. Алар шамалдан иштетилген тегирмендерди курушкан.
Көмүр, мазут, бензин
Окумуштуулар электр энергиясын дүүлүктүрүү принцибин түшүнүшкөндө техникалык тапшырма коюлган: аны өнөр жайлык масштабда алуу. Ошол убакта (он тогузунчу кылымдын ортосу) дүйнө машиналардын ысытмасында болчу. Алар бардык татаал ишти кеңейип жаткан жупка тапшырууга аракет кылышкан.
Бирок анда көмүр жана мазут гана чоң көлөмдөгү сууну жылыта алган. Ошондуктан дүйнөнүн байыркы көмүртектерге бай аймактары инвесторлордун жана жумушчулардын көңүлүн дароо бурган. Ал эми адамдардын кайра бөлүштүрүлүшү өнөр жай революциясына алып келди.
Голландия жанаТехас
Бирок, бул абал айлана-чөйрөгө жаман таасирин тийгизди. Ал эми илимпоздор ойлонушту: жаратылышты кыйратпастан кантип энергия алууга болот? Жакшы унутулуп калган карыяны куткарды. Тегирмен түздөн-түз орой механикалык жумуштарды аткаруу үчүн моментти колдонду. ГЭСтердин турбиналары магниттерди айландырышат.
Учурда эң таза электр энергиясы шамалдан алынат. Техастагы алгачкы генераторлорду курган инженерлер Голландиядагы шамал тегирмендердин тажрыйбасына таянышкан.
