Oggi parleremo dell'esperienza di Faraday, un fisico inglese, e dell'importanza dell'induzione elettromagnetica nel mondo moderno.
Sole, fulmini, vulcano
Gli antichi adoravano l'incomprensibile. Stiamo parlando dei tempi in cui l'invenzione più avanzata era la capacità di unire un bastone e una pietra in un semplice strumento. Non c'era alcuna spiegazione per il corso giornaliero del Sole, le fasi della Luna, i vulcani, il verificarsi di fulmini e tuoni.
Con i temporali, l'umanità ha un romanzo a parte. Il fuoco ha disperso l'oscurità, ha dato un senso di sicurezza, ha ispirato scoperte. E gli scienziati suggeriscono che il primo fuoco controllato sia stato creato dalla legna data alle fiamme da un fulmine.
Martello e magnete
Poco dopo, le persone hanno imparato a usare il calore per fondere il metallo. Apparvero i primi strumenti forti che aiutarono a conquistare la natura circostante. Andando esclusivamente per esperimento, diversi maestri probabilmente si sono imbattuti in incidenti insoliti e strani. Ad esempio, un pezzo di ferro potrebbe muoversi improvvisamente in presenza di un altro (magnetismo). Nel diciannovesimo secolo questi fenomeni furono spiegati dagli esperimenti di Faraday (proprio allora sorse l'induzione elettromagnetica in senso moderno).
Scienza ere
La corrente elettrica è nota da molto tempo. Sapevano distinguere il ferro dal vetro per la proprietà di condurre gli elettroni al tempo di Michelangelo. Ma fino all'inizio del diciannovesimo secolo, questo fenomeno era considerato esclusivamente come un fenomeno divertente. Inoltre, gli scienziati sono sempre stati sponsorizzati da un ricco filantropo: un conte, un duca o un re. E i soldi investiti, come sai, avrebbero dovuto ripagare. Quindi fisici e chimici dovevano lavorare in modo tale che il potere militare del nobile aumentasse, ricevesse più profitti o godesse di uno spettacolo luminoso.
Alcuni esperimenti sono stati mostrati agli ospiti come segno del potere del proprietario del denaro. Galileo chiamò le lune di Giove che scoprì in onore del suo protettore, i Medici. Così è stato con l'elettricità. Gli esperimenti di Faraday hanno confermato sperimentalmente l'induzione elettromagnetica. Ma prima di lui c'erano gli studi di Oersted.
Elettrico o magnetico?
Il magnete (la parte principale della bussola) è stato utilizzato dai marinai che hanno scoperto l'America, l'Australia e la via per l'India. L'elettricità era un divertimento interessante. Nel 1820, lo scienziato danese Hans Christian Oersted dimostrò la connessione tra le proprietà magnetiche ed elettriche dei conduttori. Il suo esperimento è stato il precursore dell'esperimento di Faraday, del fenomeno dell'induzione elettromagnetica e di tutto ciò che è seguito dalle scoperte di quegli anni.
Così, Oersted prese un conduttore lineare (filo spesso) e vi mise un ago magnetico sotto. Quando lo scienziato ha avviato la corrente, i poli del magnete si sono spostati: la freccia era perpendicolare al conduttore. Il fisico ha ripetuto l'esperimento molte volte,cambiato la geometria dell'esperimento e la direzione della corrente nel conduttore. Il risultato fu lo stesso: la posizione dei poli dell'ago magnetico era sempre la stessa rispetto al vettore di moto degli elettroni. Ora questa esperienza sembra molto semplice e comprensibile. Ma la scoperta ha avuto conseguenze di vasta portata: Oersted ha dimostrato la relazione diretta tra i campi elettrici e magnetici.
Rapporto di proprietà
Ma se la corrente elettrica fosse in grado di influenzare il magnete, allora il magnete potrebbe far muovere gli elettroni? Questo è ciò che Faraday ha cercato di dimostrare con l'esperimento, la cui descrizione ora daremo.
Lo scienziato ha avvolto il filo in una spirale (bobina), ha collegato ad esso un dispositivo di rilevamento della corrente e ha portato un magnete alla struttura. L'ago del misuratore tremolava. L'esperienza si è rivelata vincente. In futuro, Michael Faraday ha applicato vari approcci e ha scoperto: se invece di un magnete prendiamo una bobina ed eccitiamo una corrente in essa, allora apparirà anche una corrente nella bobina adiacente. L'interazione è ancora più efficace quando un nucleo conduttivo viene inserito all'interno dei giri di entrambe le eliche.
Legge dell'induzione elettromagnetica
La legge di induzione di Faraday per un circuito chiuso è espressa dalla formula: ε=-dΦ / dt.
Qui ε è la forza elettromotrice che fa muovere gli elettroni nel conduttore (abbreviato in EMF), Φ è l'intensità del flusso magnetico che sta attualmente attraversando una determinata area e t è il tempo.
Questa formula è differenziale. Ciò significa che l'EMF dovrebbe essere calcolato per tutti i piccoli periodi di tempo utilizzando piccoli pezzi di area. MAper ottenere la forza elettromotrice totale, il risultato deve essere sommato.
Il meno nella formula è dovuto alla regola di Lenz. Si legge: La fem di induzione è diretta in modo che la corrente eccitata blocchi il cambiamento nella direzione del flusso.
È abbastanza facile spiegare questa regola con un esempio: quando la corrente nella prima bobina aumenta, aumenterà anche la corrente nella seconda; quando la corrente nella prima bobina diminuisce, anche quella indotta si indebolisce.
Applicare la legge di Faraday
La vita moderna è inimmaginabile senza elettricità. In The Day the Earth Stood Still, il personaggio di Keanu Reeves cambia il corso della storia umana spegnendo i generatori. Non parleremo ora dei meccanismi di questo incidente. La narrativa dà libero sfogo all'immaginazione, ma non ne descrive le possibilità. Ma le conseguenze di un tale fenomeno sarebbero veramente globali: dalla distruzione delle infrastrutture urbane alla carestia. Gli esseri umani dovrebbero effettivamente ricostruire la loro civiltà per adattarsi a un'esistenza senza elettricità.
Molti autori di fantascienza sfruttano la trama di una catastrofe globale. Oltre all'interruzione di corrente, le ragioni di un cambiamento così importante sono:
- invasione straniera;
- esperimento batteriologico sbagliato;
- scoperta accidentale di una legge fisica che cambia la struttura della materia (ad esempio, ghiaccio-9);
- guerra nucleare o catastrofe;
- un s alto evolutivo di persone (la nuova umanità semplicemente non ha bisogno di tecnologia).
Cerca le fonti di energia èarea separata dell'attività umana. Le persone utilizzano l'energia delle risorse fossili, l'acqua, il vento, le onde, il calore delle acque termali sotterranee e l'atomo per ottenere elettricità. Tutte le stazioni funzionano grazie al principio, la cui esistenza è stata dimostrata da Faraday nei suoi esperimenti. Inoltre, lo schema per la generazione di elettricità non è molto diverso dal suo esperimento: una certa forza fa ruotare un enorme magnete (rotore) e questo, a sua volta, eccita la corrente nelle bobine.
Ovviamente, le persone hanno trovato un materiale eccellente per le anime, hanno imparato a creare enormi bobine, isolare molto meglio gli strati di avvolgimento l'uno dall' altro. Ma in generale, la civiltà moderna si basa sull'esperienza prodotta da Michael Faraday nell'agosto 1831.
