Leo tutafichua jambo la fizikia kama vile "sheria ya induction ya sumakuumeme". Tutakuambia kwa nini Faraday alifanya majaribio, toa fomula na ueleze umuhimu wa jambo hilo kwa maisha ya kila siku.
Miungu ya kale na fizikia
Watu wa kale waliabudu wasiojulikana. Na sasa mtu anaogopa kina cha bahari na umbali wa nafasi. Lakini sayansi inaweza kueleza kwa nini. Nyambizi hunasa maisha ya ajabu ya bahari kwa kina cha zaidi ya kilomita, darubini za angani huchunguza vitu vilivyokuwepo miaka milioni chache tu baada ya mlipuko mkubwa.
Lakini basi watu waliabudu kila kitu kilichowavutia na kuwasumbua:
- jua;
- mimea inayoamsha katika majira ya kuchipua;
- mvua;
- kuzaliwa na kufa.
Katika kila kitu na jambo liliishi nguvu zisizojulikana ambazo zilitawala ulimwengu. Hadi sasa, watoto huwa na ubinadamu samani na toys. Wakiachwa bila kushughulikiwa na watu wazima, wanafikiria: blanketi itakumbatiana, kinyesi kitatoshea, dirisha litafunguka lenyewe.
Labda hatua ya kwanza ya mageuzi ya mwanadamu ilikuwa uwezo wa kudumishamoto. Wanaanthropolojia wanapendekeza kuwa mioto ya mapema zaidi iliwashwa kutoka kwa mti uliopigwa na radi.
Kwa hivyo, umeme umekuwa na jukumu kubwa katika maisha ya mwanadamu. Umeme wa kwanza ulitoa msukumo kwa maendeleo ya utamaduni, sheria ya msingi ya uingizaji wa sumakuumeme ilileta ubinadamu katika hali ya sasa.
Kutoka siki hadi kinuklia
Vyombo vya ajabu vya kauri vilipatikana kwenye piramidi ya Cheops: shingo imefungwa kwa nta, silinda ya chuma imefichwa ndani ya vilindi. Mabaki ya siki au divai ya siki yalipatikana ndani ya kuta. Wanasayansi wamefikia hitimisho la kustaajabisha: vizalia hivi vya programu ni betri, chanzo cha umeme.
Lakini hadi 1600 hakuna aliyejitolea kujifunza jambo hili. Kabla ya kusonga elektroni, asili ya umeme tuli iligunduliwa. Wagiriki wa kale walijua kwamba kaharabu hutoa uchafu ikiwa inasuguliwa kwenye manyoya. Rangi ya jiwe hili iliwakumbusha mwanga wa nyota Electra kutoka Pleiades. Na jina la madini likawa, kwa upande wake, sababu ya kubatizwa kwa jambo la kimwili.
Chanzo cha kwanza cha DC kilijengwa mnamo 1800
Kwa kweli, mara tu capacitor yenye nguvu ya kutosha ilipoonekana, wanasayansi walianza kusoma mali ya kondakta aliyeunganishwa nayo. Mnamo 1820, mwanasayansi wa Denmark Hans Christian Oersted aligundua kuwa sindano ya sumaku ilipotoka karibu na kondakta iliyojumuishwa kwenye mtandao. Ukweli huu ulitoa msukumo kwa ugunduzi wa sheria ya induction ya sumakuumeme na Faraday (formula itatolewa hapa chini), ambayo iliruhusu wanadamu kutoa.umeme kutokana na maji, upepo na nishati ya nyuklia.
Ya awali lakini ya kisasa
Msingi halisi wa majaribio ya Max Faraday uliwekwa na Oersted. Ikiwa kondakta iliyowashwa itaathiri sumaku, basi kinyume chake pia ni kweli: kondakta yenye sumaku lazima iingize mkondo.
Muundo wa jaribio uliosaidia kupata sheria ya uingizaji wa sumakuumeme (EMF kama dhana ambayo tutazingatia baadaye) ulikuwa rahisi sana. Jeraha la waya kwenye chemchemi huunganishwa na kifaa kinachosajili sasa. Mwanasayansi alileta sumaku kubwa kwa coils. Wakati sumaku ikisogea karibu na saketi, kifaa kilisajili mtiririko wa elektroni.
Mbinu imeboreshwa tangu wakati huo, lakini kanuni ya msingi ya kuunda umeme kwenye vituo vikubwa bado ni ile ile: sumaku inayosonga husisimua mkondo katika jeraha la kondakta karibu na chemchemi.
Ukuzaji wa Wazo
Matukio ya kwanza kabisa yalimshawishi Faraday kuwa sehemu za umeme na sumaku zimeunganishwa. Lakini ilikuwa ni lazima kujua jinsi hasa. Uga wa sumaku pia huibuka karibu na kondakta anayebeba sasa, au wanaweza tu kushawishi kila mmoja? Kwa hiyo, mwanasayansi akaenda zaidi. Alijeruhi waya mmoja, akaleta mkondo kwa hiyo, na kusukuma coil hii kwenye chemchemi nyingine. Na pia alipata umeme. Uzoefu huu ulithibitisha kuwa elektroni zinazosonga haziunda tu umeme bali pia uwanja wa sumaku. Baadaye, wanasayansi waligundua jinsi ziko kwenye nafasi kulingana na kila mmoja. Sehemu ya sumakuumeme pia ndio sababu ikomwanga.
Ikijaribu chaguo tofauti za mwingiliano wa kondakta hai, Faraday aligundua kuwa mkondo hupitishwa vyema zaidi ikiwa koili za kwanza na za pili zimejeruhiwa kwenye msingi mmoja wa kawaida wa chuma. Fomula inayoonyesha sheria ya ujio wa sumakuumeme ilitolewa kwenye kifaa hiki.
Mchanganyiko na viambajengo vyake
Sasa kwa vile historia ya utafiti wa umeme imeletwa kwenye jaribio la Faraday, ni wakati wa kuandika fomula:
ε=-dΦ / dt.
Mwandishi:
ε ni nguvu ya kielektroniki (EMF kwa kifupi). Kulingana na thamani ya ε, elektroni huhamia kwa nguvu zaidi au dhaifu katika kondakta. Nguvu ya chanzo huathiri EMF, na nguvu ya uga wa sumakuumeme inaiathiri.
Φ ni ukubwa wa mtiririko wa sumaku ambao kwa sasa unapitia eneo fulani. Faraday alifunga waya kwenye chemchemi, kwa sababu alihitaji nafasi fulani ambayo kondakta angepita. Bila shaka, itawezekana kufanya conductor nene sana, lakini hiyo itakuwa ghali. Mwanasayansi alichagua umbo la duara kwa sababu takwimu hii ya gorofa ina uwiano mkubwa zaidi wa eneo na urefu wa uso. Hii ndiyo fomu ya ufanisi zaidi ya nishati. Kwa hiyo, matone ya maji kwenye uso wa gorofa huwa pande zote. Kwa kuongeza, chemchemi iliyo na sehemu ya pande zote ni rahisi zaidi kupata: unahitaji tu kuzungusha waya kuzunguka aina fulani ya kitu cha pande zote.
t ndio wakati ambao ulichukua mtiririko kupita kwenye kitanzi.
Kiambishi awali d katika fomula ya sheria ya uingizaji wa sumakuumeme inamaanisha kuwa thamani ni tofauti. I.eflux ndogo ya magnetic lazima itofautishwe kwa muda mdogo ili kupata matokeo ya mwisho. Hatua hii ya hisabati inahitaji maandalizi fulani kutoka kwa watu. Ili kuelewa vyema fomula, tunahimiza sana msomaji kukumbuka utofautishaji na ujumuishaji.
Matokeo ya sheria
Mara tu baada ya ugunduzi wa Faraday, wanafizikia walianza kuchunguza jambo la induction ya sumakuumeme. Sheria ya Lenz, kwa mfano, ilitolewa kwa majaribio na mwanasayansi wa Kirusi. Ni sheria hii iliyoongeza minus kwa fomula ya mwisho.
Anaonekana hivi: mwelekeo wa mkondo wa uingizaji si wa bahati mbaya; mtiririko wa elektroni katika upepo wa pili, kama ilivyokuwa, huelekea kupunguza athari za sasa katika upepo wa kwanza. Hiyo ni, kutokea kwa induction ya sumakuumeme kwa kweli ni upinzani wa chemchemi ya pili ya kuingiliwa katika "maisha ya kibinafsi".
Sheria ya Lenz ina matokeo mengine.
- ikiwa mkondo katika coil ya kwanza itaongezeka, basi mkondo wa chemchemi ya pili pia utaelekea kuongezeka;
- ikiwa mkondo wa maji katika vilima vya kushawishi ukishuka, mkondo wa vilima wa pili pia utapungua.
Kulingana na sheria hii, kondakta ambamo mkondo unaosukumwa hutokea huwa na mwelekeo wa kufidia athari ya mabadiliko ya sumaku.
Nafaka na punda
Tumia mbinu rahisi zaidi kwa manufaa yao binafsi, watu wamekuwa wakijitahidi kwa muda mrefu. Kusaga unga ni kazi ngumu. Baadhi ya makabila husaga nafaka kwa mkono: weka ngano kwenye jiwe moja, funika na jiwe lingine bapa na la mviringo, na upepete.jiwe la kusagia. Lakini ikiwa unahitaji kusaga unga kwa kijiji kizima, basi huwezi kufanya hivyo kwa kazi ya misuli pekee. Mwanzoni, watu walikisia kumfunga mnyama kwenye jiwe la kusagia. Punda alivuta kamba - jiwe lilizunguka. Kisha, pengine, watu walifikiri: “Mto unatiririka kila wakati, unasukuma kila aina ya vitu chini ya mkondo. Kwa nini tusiitumie kwa manufaa? Hivi ndivyo vinu vya maji vilionekana.
Gurudumu, maji, upepo
Bila shaka, wahandisi wa kwanza waliojenga miundo hii hawakujua chochote kuhusu nguvu ya uvutano, kutokana na ambayo maji daima huwa yanaanguka, wala kuhusu nguvu ya msuguano au mvutano wa uso. Lakini waliona: ikiwa utaweka gurudumu na vile kwenye kipenyo kwenye mkondo au mto, basi haitazunguka tu, bali pia itaweza kufanya kazi muhimu.
Lakini hata utaratibu huu ulikuwa mdogo: si kila mahali kuna maji yanayotiririka yenye nguvu ya kutosha ya sasa. Kwa hiyo watu wakasonga mbele. Walitengeneza vinu vilivyoendeshwa na upepo.
Makaa, mafuta ya mafuta, petroli
Wanasayansi walipoelewa kanuni ya uchochezi wa umeme, kazi ya kiufundi iliwekwa: kuipata kwa kiwango cha viwanda. Wakati huo (katikati ya karne ya kumi na tisa) ulimwengu ulikuwa katika homa ya mashine. Walijaribu kukabidhi kazi yote ngumu kwa jozi inayokua.
Lakini basi ni nishati ya kisukuku, makaa ya mawe na mafuta ya mafuta, yaliweza kupasha kiasi kikubwa cha maji. Kwa hiyo, mikoa hiyo ya dunia ambayo ilikuwa tajiri katika kaboni ya kale ilivutia mara moja tahadhari ya wawekezaji na wafanyakazi. Na mgawanyo wa watu ulisababisha mapinduzi ya viwanda.
Uholanzi naTexas
Hata hivyo, hali hii ya mambo ilikuwa na athari mbaya kwa mazingira. Na wanasayansi walidhani: jinsi ya kupata nishati bila kuharibu asili? Kuokolewa vizuri kusahaulika zamani. Kinu kilitumia torati kufanya kazi mbaya ya mitambo moja kwa moja. Mitambo ya mitambo ya kuzalisha umeme kwa maji huzungusha sumaku.
Kwa sasa, umeme safi zaidi unatokana na nishati ya upepo. Wahandisi waliounda jenereta za kwanza huko Texas walichora uzoefu wa vinu vya upepo huko Uholanzi.
