Бүгүн биз англис физиги Фарадейдин тажрыйбасы жана заманбап дүйнөдө электромагниттик индукциянын мааниси жөнүндө сүйлөшөбүз.
Күн, чагылган, жанар тоо
Байыркы адамдар түшүнүксүз нерсеге сыйынышкан. Таяк менен ташты бириктирип, жөнөкөй куралга айкалыштыруу эң алдыңкы ойлоп табуу болгон учурду кеп кылып жатабыз. Күндүн күнүмдүк жүрүшү, Айдын фазалары, вулкандар, чагылган жана күн күркүрөшү эч кандай түшүндүрмө болгон эмес.
Күн күркүрөшү менен адамзаттын өзүнчө романы бар. От караңгылыкты жок кылды, коопсуздук сезимин берди, ачылыштарды шыктандырды. Ал эми илимпоздор биринчи башкарылуучу от чагылган тарабынан күйгүзүлгөн жыгачтан жаралган деп болжолдошууда.
Балка жана магнит
Бир аздан кийин адамдар металлды эритүү үчүн жылуулукту колдонууну үйрөнүшкөн. Курчап турган жаратылышты багынтууга жардам берген биринчи күчтүү куралдар пайда болгон. Эксперимент аркылуу гана ар кандай чеберлер адаттан тыш жана кызыктай окуяларга чалынышкан. Мисалы, бир темир экинчисинин (магнетизм) катышуусунда капысынан кыймылдашы мүмкүн. Он тогузунчу кылымда бул кубулуштар Фарадейдин эксперименттери менен түшүндүрүлгөн (заманбап мааниде электромагниттик индукция так ошондо пайда болгон).
Илим жанападышалар
Электр тогу көптөн бери белгилүү. Алар темирди айнектен электрондорду өткөрүүчү касиети менен айырмалоону Микеланджело убагында билишкен. Бирок он тогузунчу кылымдын башына чейин бул көрүнүш күлкүлүү көрүнүш катары гана каралып келген. Кошумчалай кетсек, илимпоздор ар дайым бир бай филантроп - граф, герцог же король тарабынан каржыланып келген. Ал эми салынган акча, өзүңөр билгендей, өзүн актоо керек болчу. Демек, физиктер менен химиктер дворяндын аскердик күчү көбөйүп, ал көбүрөөк пайда алып же жаркыраган көрүнүшкө ээ боло тургандай иштеши керек болчу.
Кээ бир эксперименттер конокторго акча ээсинин бийлигинин белгиси катары көрсөтүлдү. Галилео Юпитердин айларын өзүнүн колдоочусу Медичисинин урматына атады. Ошентип, электр энергиясы менен болгон. Фарадейдин эксперименттери электромагниттик индукцияны эксперименталдык түрдө тастыктады. Бирок ага чейин Эрстеддин изилдөөлөрү болгон.
Электрдикпи же магниттикпи?
Магнит (компастын негизги бөлүгү) Американы, Австралияны жана Индияга баруучу жолду ачкан моряктар тарабынан колдонулган. Электр энергиясы кызыктуу болду. 1820-жылы даниялык окумуштуу Ганс Кристиан Эрстед өткөргүчтөрдүн магниттик жана электрдик касиеттеринин ортосундагы байланышты далилдеген. Анын эксперименти Фарадейдин экспериментинин, электромагниттик индукция феноменинин жана ошол жылдардагы ачылыштардан кийинки нерселердин биринчиси болгон.
Ошентип, Эрстед сызыктуу өткөргүчтү (калың зым) алып, анын астына магниттик ийнени койду. Окумуштуу токту баштаганда магниттин уюлдары жылып кеткен: жебе өткөргүчкө перпендикуляр болгон. Физик экспериментти көп жолу кайталаган,эксперименттин геометриясын жана өткөргүчтөгү токтун багытын өзгөрттү. Натыйжа бирдей болгон: магниттик ийненин уюлдарынын жайгашуусу электрондордун кыймыл векторуна карата дайыма бирдей болгон. Азыр бул тажрыйба абдан жөнөкөй жана түшүнүктүү көрүнөт. Бирок ачылыш абдан чоң кесепеттерге алып келди: Эрстед электр жана магнит талаасынын ортосундагы түз байланышты далилдеди.
Менчик мамилеси
Бирок электр тогу магнитке таасир эте алган болсо, анда магнит электрондорду кыймылга келтириши мүмкүнбү? Муну Фарадей эксперимент аркылуу далилдегенге аракет кылды, анын сүрөттөлүшүн эми беребиз.
Окумуштуу зымды спиральга (катушка) ороп, ага токту аныктоочу приборду туташтырды жана конструкцияга магнит алып келди. Метрдин ийнеси бүлбүлдөп кетти. Тажрыйба ийгиликтуу болуп чыкты. Келечекте Майкл Фарадей ар кандай ыкмаларды колдонуп, аныктады: эгерде магниттин ордуна бир катушканы алып, андагы токту козгосок, анда чектеш катушкада да ток пайда болот. Эки спиралдын тең бурулуштарынын ичине өткөргүч өзөк киргизилгенде, өз ара аракеттенүү ого бетер натыйжалуу болот.
Электромагниттик индукция мыйзамы
Табык чынжыр үчүн Фарадейдин индукция мыйзамы төмөнкү формула менен туюнтулат: ε=-dΦ / dt.
Бул жерде ε – өткөргүчтө электрондордун кыймылына себепчи болгон электр кыймылдаткыч күч (кыскача EMF), Φ – учурда берилген аймактан өтүп жаткан магнит агымынын чоңдугу, ал эми t – убакыт.
Бул формула дифференциал. Бул EMF аймактын кичинекей бөлүктөрүн колдонуу менен бардык кичинекей мезгилдерге эсептелиши керек дегенди билдирет. БИРОКжалпы электр кыймылдаткыч күчүн алуу үчүн натыйжаны кошуу керек.
Формуладагы минус Ленц эрежеси менен шартталган. Анда мындай деп айтылат: Индукциялык эмф энергия алган ток агымдын багытынын өзгөрүшүнө бөгөт коё тургандай багытталган.
Бул эрежени бир мисал менен түшүндүрүү оңой: биринчи катушкадагы ток күчөгөндө, экинчисинде ток да көбөйөт; биринчи катушкадагы ток азайганда, индукцияланганы да алсырайт.
Фарадей мыйзамын колдонуу
Азыркы жашоону электр энергиясысыз элестетүү мүмкүн эмес. "Жер токтогон күн" тасмасында Киану Ривздин каарманы генераторлорду өчүрүү менен адамзат тарыхынын агымын өзгөртөт. Бул окуянын механизмдери тууралуу азыр айтпайбыз. Фантазия фантазияга эркиндик берет, бирок мүмкүнчүлүктөрдү сүрөттөбөйт. Бирок мындай көрүнүштүн кесепеттери чындап эле глобалдуу болмок: шаардык инфраструктуранын бузулушунан тарта ачарчылыкка чейин. Адамдар электр энергиясы жок жашоого ыңгайлашуу үчүн өз цивилизациясын кайра курууга туура келет.
Көптөгөн фантастикалык авторлор глобалдык катастрофанын сюжетін пайдаланышат. Электр жарыгын өчүрүүдөн тышкары, мындай чоң өзгөрүүнүн себептери:
- чет элдик басып алуу;
- туура эмес бактериологиялык эксперимент;
- заттын түзүлүшүн өзгөрткөн физикалык мыйзамдын кокусунан ачылышы (мисалы, ice-9);
- ядролук согуш же катастрофа;
- адамдардын эволюциялык секирүүсү (жаңы адамзатка технологиянын кереги жок).
Энергия булактарын издөөадам ишинин өзүнчө чөйрөсү. Адамдар электр энергиясын алуу үчүн казылып алынган ресурстардын энергиясын, суунун, шамалдын, толкундун, жер астындагы термалдык суулардын жылуулугун жана атомдун энергиясын колдонушат. Бардык станциялар принциптин аркасында иштешет, анын бар экендигин Фарадей өзүнүн эксперименттеринде далилдеген. Анын үстүнө, электр энергиясын өндүрүү схемасы анын экспериментинен анча деле айырмаланбайт: белгилүү бир күч зор магнитти (роторду) айлантат жана ал өз кезегинде катушкалардагы токту козгойт.
Албетте, адамдар өзөктөр үчүн эң сонун материалды табышты, чоң катушкалар жасоону, орогуч катмарларды бири-биринен жакшыраак изоляциялоону үйрөнүштү. Бирок жалпысынан заманбап цивилизация Майкл Фарадей 1831-жылдын августунда чыгарган тажрыйбага таянат.
