سنتحدث اليوم عن تجربة عالم الفيزياء الإنجليزي فاراداي ، وأهمية الحث الكهرومغناطيسي في العالم الحديث.
شمس ، برق ، بركان
القدماء عبدوا ما لا يمكن فهمه. نحن نتحدث عن الأوقات التي كان الاختراع الأكثر تقدمًا فيها هو القدرة على الجمع بين العصا والحجر في أداة بسيطة. لم يكن هناك تفسير للمسار اليومي للشمس ، ومراحل القمر ، والبراكين ، وحدوث البرق والرعد.
مع العواصف الرعدية ، للبشرية رواية منفصلة. بددت النار الظلام ، وأعطت إحساسًا بالأمان ، وألهمت الاكتشافات. ويقترح العلماء أن أول حريق يتم التحكم فيه تم إنشاؤه من خشب اشتعلت فيه النيران بواسطة البرق.
المطرقة والمغناطيس
بعد ذلك بقليل ، تعلم الناس استخدام الحرارة لصهر المعدن. ظهرت الأدوات القوية الأولى التي ساعدت في التغلب على الطبيعة المحيطة. بالقيام بالتجربة حصريًا ، ربما عثر أساتذة مختلفون على حوادث غير عادية وغريبة. على سبيل المثال ، يمكن أن تتحرك قطعة من الحديد فجأة في وجود قطعة أخرى (المغناطيسية). في القرن التاسع عشر ، تم شرح هذه الظواهر من خلال تجارب فاراداي (نشأ الحث الكهرومغناطيسي بالمعنى الحديث بالضبط في ذلك الوقت).
علوم وملوك
التيار الكهربائي معروف منذ فترة طويلة. لقد عرفوا كيفية التمييز بين الحديد والزجاج من خلال خاصية توصيل الإلكترونات في زمن مايكل أنجلو. لكن حتى بداية القرن التاسع عشر ، كانت هذه الظاهرة تعتبر ظاهرة مضحكة على وجه الحصر. بالإضافة إلى ذلك ، كان العلماء دائمًا تحت رعاية رجل خير ثري - كونت أو دوق أو ملك. والأموال المستثمرة ، كما تعلم ، كان يجب أن تؤتي ثمارها. لذلك كان على الفيزيائيين والكيميائيين العمل بطريقة تزيد من القوة العسكرية للرجل النبيل ، ويحصل على المزيد من الأرباح أو يستمتع بمشهد مشرق.
تم عرض بعض التجارب على الضيوف كدليل على قوة صاحب المال. قام جاليليو بتسمية أقمار المشتري التي اكتشفها تكريما لراعيه ، ميديشي. هكذا كان الأمر مع الكهرباء. أكدت تجارب فاراداي الحث الكهرومغناطيسي تجريبياً. لكن قبله كانت هناك دراسات لأورستد.
كهربائي أم مغناطيسي؟
تم استخدام المغناطيس (الجزء الرئيسي من البوصلة) من قبل البحارة الذين اكتشفوا أمريكا وأستراليا والطريق إلى الهند. كانت الكهرباء ممتعة ممتعة. في عام 1820 ، أثبت العالم الدنماركي هانز كريستيان أورستد العلاقة بين الخواص المغناطيسية والكهربائية للموصلات. كانت تجربته رائدة تجربة فاراداي ، وظاهرة الحث الكهرومغناطيسي وكل ما تبعها من اكتشافات تلك السنوات.
إذن ، أخذ Oersted موصلًا خطيًا (سلكًا سميكًا) ووضع إبرة مغناطيسية تحته. عندما بدأ العالم التيار ، تحول أقطاب المغناطيس: وقف السهم عموديًا على الموصل. كرر الفيزيائي التجربة عدة مرات ،غيرت هندسة التجربة واتجاه التيار في الموصل. كانت النتيجة واحدة: كان موقع أقطاب الإبرة المغناطيسية هو نفسه دائمًا فيما يتعلق بناقل حركة الإلكترونات. تبدو هذه التجربة الآن بسيطة للغاية ومفهومة. لكن هذا الاكتشاف كان له عواقب بعيدة المدى: أثبت أورستد العلاقة المباشرة بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي.
علاقة الملكية
لكن إذا كان التيار الكهربائي قادرًا على التأثير على المغناطيس ، فهل يمكن أن يتسبب المغناطيس في تحرك الإلكترونات؟ هذا ما حاول فاراداي إثباته من خلال التجربة ، وسنقدم وصفًا الآن.
قام العالم بلف السلك في لولب (ملف) ، وقام بتوصيل جهاز كشف التيار به وجلب مغناطيسًا إلى الهيكل. تومض إبرة العداد. تبين أن التجربة كانت ناجحة. في المستقبل ، طبق مايكل فاراداي أساليب مختلفة واكتشف: إذا أخذنا ملفًا واحدًا بدلاً من المغناطيس وأثارت تيارًا فيه ، فسيظهر تيار أيضًا في الملف المجاور. يكون التفاعل أكثر فاعلية عندما يتم إدخال نواة موصلة داخل لفات كلتا الحلزونات.
قانون الحث الكهرومغناطيسي
يتم التعبير عن قانون فاراداي للحث لدائرة مغلقة بالصيغة: ε=-dΦ / dt.
هنا ε هي القوة الدافعة الكهربائية التي تجعل الإلكترونات تتحرك في الموصل (يُشار إليها باختصار EMF) ، Φ هي مقدار التدفق المغناطيسي الذي يمر حاليًا عبر منطقة معينة ، و t هو الوقت.
هذه الصيغة تفاضلية. هذا يعني أنه يجب حساب EMF لجميع الفترات الزمنية الصغيرة باستخدام أجزاء صغيرة من المنطقة. لكنللحصول على القوة الدافعة الكلية يجب تلخيص النتيجة
يرجع الطرح في الصيغة إلى قاعدة لينز. يقرأ: يتم توجيه emf التعريفي بحيث يمنع التيار النشط التغيير في اتجاه التدفق.
من السهل شرح هذه القاعدة بمثال: عندما يزداد التيار في الملف الأول ، فإن التيار في الملف الثاني سيزداد أيضًا ؛ عندما ينخفض التيار في الملف الأول ، يضعف أيضًا المستحث.
تطبيق قانون فاراداي
الحياة العصرية لا يمكن تصورها بدون كهرباء. في The Day the Earth Stood Still ، غيّرت شخصية كيانو ريفز مجرى تاريخ البشرية بإيقاف تشغيل المولدات. لن نتحدث عن آليات هذا الحادث الآن. الخيال يطلق العنان للخيال ، لكنه لا يصف الاحتمالات. لكن عواقب مثل هذه الظاهرة ستكون عالمية حقًا: من تدمير البنية التحتية الحضرية إلى المجاعة. سيتعين على البشر في الواقع إعادة بناء حضارتهم للتكيف مع وجود بدون كهرباء.
يستغل العديد من مؤلفي الخيال العلمي حبكة كارثة عالمية. بالإضافة إلى انقطاع التيار الكهربائي ، فإن أسباب هذا التغيير الكبير هي:
- غزو أجنبي
- تجربة بكتريولوجية خاطئة ؛
- اكتشاف عرضي لقانون فيزيائي يغير بنية المادة (على سبيل المثال ، ice-9) ؛
- حرب نووية أو كارثة ؛
- قفزة تطورية للناس (الإنسانية الجديدة ببساطة لا تحتاج إلى التكنولوجيا).
البحث عن مصادر الطاقةمنطقة منفصلة للنشاط البشري. يستخدم الناس طاقة الموارد الأحفورية والمياه والرياح والأمواج وحرارة المياه الجوفية الحرارية والذرة للحصول على الكهرباء. تعمل جميع المحطات بفضل المبدأ الذي أثبت وجوده فاراداي في تجاربه. علاوة على ذلك ، فإن مخطط توليد الكهرباء لا يختلف كثيرًا عن تجربته: تقوم قوة معينة بتدوير مغناطيس ضخم (دوار) ، وهذا بدوره يثير تيارًا في الملفات.
بالطبع ، وجد الناس مادة ممتازة للنوى ، وتعلموا كيفية صنع مكبات ضخمة ، وعزل الطبقات المتعرجة عن بعضها البعض بشكل أفضل. لكن بشكل عام ، فإن الحضارة الحديثة تقف على التجربة التي أنتجها مايكل فاراداي في أغسطس 1831.
