Այսօր մենք կխոսենք անգլիացի ֆիզիկոս Ֆարադեյի փորձի և էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի կարևորության մասին ժամանակակից աշխարհում:
Արև, կայծակ, հրաբուխ
Հին մարդիկ պաշտում էին անհասկանալիին. Խոսքն այն ժամանակների մասին է, երբ ամենաառաջադեմ գյուտը փայտն ու քարը պարզ գործիքի մեջ միավորելու ունակությունն էր։ Արեգակի ամենօրյա ընթացքը, Լուսնի փուլերը, հրաբուխները, կայծակի և ամպրոպի առաջացումը ոչ մի բացատրություն չկար:
Ամպրոպներով մարդկությունն առանձին վեպ ունի. Կրակը ցրեց խավարը, ապահովության զգացում տվեց, հայտնագործություններ ներշնչեց։ Իսկ գիտնականները ենթադրում են, որ առաջին կառավարվող կրակը ստեղծվել է կայծակի կողմից հրկիզված փայտից։
Մուրճ և մագնիս
Քիչ անց մարդիկ սովորեցին ջերմություն օգտագործել մետաղը հալեցնելու համար: Հայտնվեցին առաջին ամուր գործիքները, որոնք օգնեցին նվաճել շրջակա բնությունը։ Տարբեր վարպետներ, բացառապես փորձերով անցնելով, հավանաբար պատահել են անսովոր ու տարօրինակ դեպքերի։ Օրինակ, երկաթի մի կտորը կարող է հանկարծակի շարժվել մյուսի ներկայությամբ (մագնիսականություն): XIX դարում այս երևույթները բացատրվում էին Ֆարադեյի փորձերով (էլեկտրամագնիսական ինդուկցիան ժամանակակից իմաստով առաջացել է հենց այդ ժամանակ):
Գիտություն ևթագավորներ
Էլեկտրական հոսանքը հայտնի է վաղուց։ Միքելանջելոյի ժամանակներում նրանք գիտեին, թե ինչպես կարելի է տարբերել երկաթը ապակուց էլեկտրոններ հաղորդելու հատկությամբ: Բայց մինչ տասնիններորդ դարի սկիզբը այս երեւույթը համարվում էր բացառապես որպես ծիծաղելի երեւույթ։ Բացի այդ, գիտնականներին միշտ հովանավորել է հարուստ մարդասերը՝ կոմսը, դուքսը կամ թագավորը: Իսկ ներդրված գումարը, ինչպես գիտեք, պետք է իր արդյունքը տային։ Այսպիսով, ֆիզիկոսներին և քիմիկոսներին անհրաժեշտ էր աշխատել այնպես, որ ազնվականի ռազմական հզորությունը մեծանա, նա ավելի շատ շահույթ ստանա կամ վայելեր պայծառ տեսարան։
Հյուրերին ցուցադրվել են որոշ փորձեր՝ ի նշան փողի տիրոջ ուժի։ Գալիլեոն իր հայտնաբերած Յուպիտերի արբանյակներն անվանել է ի պատիվ իր հովանավորի՝ Մեդիչիի: Էլեկտրաէներգիայի դեպքում էլ էր այդպես: Ֆարադեյի փորձերը փորձարարորեն հաստատեցին էլեկտրամագնիսական ինդուկցիան։ Բայց նրանից առաջ եղել են Օերսթեդի ուսումնասիրությունները։
Էլեկտրական թե մագնիսական?
Մագնիսը (կողմնացույցի հիմնական մասը) օգտագործվել է նավաստիների կողմից, ովքեր հայտնաբերել են Ամերիկան, Ավստրալիան և Հնդկաստան տանող ճանապարհը: Էլեկտրականությունը հետաքրքիր զվարճանք էր: 1820 թվականին դանիացի գիտնական Հանս Քրիստիան Էրսթեդը ապացուցեց հաղորդիչների մագնիսական և էլեկտրական հատկությունների միջև կապը։ Նրա փորձը Ֆարադեյի փորձի, էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի և այդ տարիների հայտնագործություններից բխող ամեն ինչի նախակարապետն էր։
Այսպիսով, Oersted-ը վերցրեց գծային հաղորդիչ (հաստ մետաղալար) և դրա տակ դրեց մագնիսական ասեղ: Երբ գիտնականը սկսեց հոսանքը, մագնիսի բևեռները տեղաշարժվեցին. սլաքը կանգնած էր հաղորդիչին ուղղահայաց: Ֆիզիկոսը բազմիցս կրկնել է փորձը.փոխել է փորձի երկրաչափությունը և հոսանքի ուղղությունը հաղորդիչում: Արդյունքը նույնն էր. էլեկտրոնների շարժման վեկտորի նկատմամբ մագնիսական ասեղի բևեռների գտնվելու վայրը միշտ նույնն էր։ Այժմ այս փորձը շատ պարզ և հասկանալի է թվում: Բայց հայտնագործությունն ունեցավ հեռուն գնացող հետևանքներ. Օերսթեդը ապացուցեց էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի միջև անմիջական կապը։
Գույքային հարաբերություն
Բայց եթե էլեկտրական հոսանքը կարող էր ազդել մագնիսի վրա, ապա մագնիսը կարո՞ղ է առաջացնել էլեկտրոնների շարժը: Սա այն է, ինչ Ֆարադեյը փորձել է ապացուցել փորձով, որի նկարագրությունը հիմա կտանք։
Գիտնականը մետաղալարը փաթաթեց պարույրի (կծիկի) մեջ, դրան միացրեց հոսանք հայտնաբերող սարք և մագնիս բերեց կառուցվածքին։ Հաշվիչի սլաքը թարթեց։ Փորձը հաջող է ստացվել։ Հետագայում Մայքլ Ֆարադեյը կիրառեց տարբեր մոտեցումներ և պարզեց՝ եթե մագնիսի փոխարեն վերցնենք մեկ կծիկ և դրա մեջ հոսանք գրգռենք, ապա հարակից կծիկում նույնպես հոսանք կհայտնվի։ Փոխազդեցությունն ավելի արդյունավետ է, երբ հաղորդիչ միջուկը տեղադրվում է երկու պարույրների պտույտների ներսում:
Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օրենքը
Փակ շղթայի ինդուկցիայի մասին Ֆարադայի օրենքը արտահայտվում է բանաձևով. ε=-dΦ / dt:
Այստեղ ε-ն էլեկտրաշարժիչ ուժն է, որը ստիպում է էլեկտրոններին շարժվել հաղորդիչում (կրճատ՝ EMF), Φ մագնիսական հոսքի մեծությունն է, որը ներկայումս անցնում է տվյալ տարածքով, իսկ t-ը ժամանակն է։
Այս բանաձևը դիֆերենցիալ է: Սա նշանակում է, որ EMF-ը պետք է հաշվարկվի բոլոր փոքր ժամանակահատվածների համար՝ օգտագործելով տարածքի փոքր կտորները: ԲԱՅՑընդհանուր էլեկտրաշարժիչ ուժը ստանալու համար արդյունքը պետք է գումարվի։
Բանաձևի մինուսը պայմանավորված է Լենցի կանոնով: Այն կարդում է. Ինդուկցիոն emf-ն ուղղված է այնպես, որ էներգիա ունեցող հոսանքը արգելափակում է հոսքի ուղղության փոփոխությունը:
Բավականին հեշտ է բացատրել այս կանոնը օրինակով. երբ առաջին կծիկի հոսանքն ավելանում է, երկրորդի հոսանքը նույնպես կաճի. երբ առաջին կծիկի հոսանքը նվազում է, առաջացածը նույնպես կթուլանա։
Կիրառել Ֆարադայի օրենքը
Ժամանակակից կյանքն անհնար է պատկերացնել առանց էլեկտրականության. The Day the Earth Stood Still-ում Կիանու Ռիվզի կերպարը փոխում է մարդկության պատմության ընթացքը՝ անջատելով գեներատորները։ Այս միջադեպի մեխանիզմների մասին հիմա չենք խոսի։ Գեղարվեստական գրականությունը ազատություն է տալիս երևակայությանը, բայց չի նկարագրում հնարավորությունները: Բայց նման երեւույթի հետեւանքներն իսկապես գլոբալ կլինեն՝ քաղաքային ենթակառուցվածքների ոչնչացումից մինչեւ սով: Մարդիկ իրականում պետք է վերակառուցեն իրենց քաղաքակրթությունը՝ հարմարվելու համար առանց էլեկտրականության գոյությանը:
Գիտաֆանտաստիկայի շատ հեղինակներ շահագործում են համաշխարհային աղետի սյուժեն: Բացի էլեկտրաէներգիայի անջատումից, նման լուրջ փոփոխության պատճառներն են՝.
- օտար ներխուժում;
- սխալ մանրէաբանական փորձ;
- պատահական հայտնաբերում ֆիզիկական օրենքի, որը փոխում է նյութի կառուցվածքը (օրինակ՝ սառույց-9);
- միջուկային պատերազմ կամ աղետ;
- մարդկանց էվոլյուցիոն թռիչք (նոր մարդկությանը պարզապես տեխնոլոգիա պետք չէ):
Էներգիայի աղբյուրների որոնումն էմարդկային գործունեության առանձին ոլորտ. Մարդիկ էլեկտրաէներգիա ստանալու համար օգտագործում են հանածո ռեսուրսների, ջրի, քամու, ալիքների էներգիան, ստորգետնյա ջերմային ջրերի ջերմությունը և ատոմը։ Բոլոր կայաններն աշխատում են այն սկզբունքի շնորհիվ, որի գոյությունն ապացուցել է Ֆարադեյն իր փորձերում։ Ավելին, էլեկտրաէներգիա արտադրելու սխեման այնքան էլ չի տարբերվում նրա փորձից. որոշակի ուժ պտտում է հսկայական մագնիսը (ռոտորը), և դա, իր հերթին, հոսանք է գրգռում կծիկներում։
Իհարկե, մարդիկ հիանալի նյութ են գտել միջուկների համար, սովորել են հսկայական կծիկներ պատրաստել, շատ ավելի լավ մեկուսացնել ոլորուն շերտերն իրարից: Բայց ընդհանուր առմամբ, ժամանակակից քաղաքակրթությունը հիմնված է 1831 թվականի օգոստոսին Մայքլ Ֆարադեյի կողմից ստեղծված փորձի վրա:
