Leo tutazungumza kuhusu uzoefu wa Faraday, mwanafizikia wa Kiingereza, na umuhimu wa induction ya sumakuumeme katika ulimwengu wa kisasa.
Jua, umeme, volcano
Watu wa kale waliabudu kisichoeleweka. Tunasema juu ya nyakati ambazo uvumbuzi wa juu zaidi ulikuwa na uwezo wa kuchanganya fimbo na jiwe kwenye chombo rahisi. Hakukuwa na maelezo ya mwendo wa kila siku wa Jua, awamu za Mwezi, volkano, kutokea kwa umeme na radi.
Pamoja na ngurumo, wanadamu wana riwaya tofauti. Moto uliondoa giza, ulitoa hisia ya usalama, uvumbuzi ulioongozwa. Na wanasayansi wanapendekeza kuwa moto wa kwanza uliodhibitiwa uliundwa kwa kuni zilizowashwa na umeme.
Nyundo na Sumaku
Baadaye kidogo, watu walijifunza kutumia joto kuyeyusha chuma. Zana za kwanza zenye nguvu zilionekana ambazo zilisaidia kushinda asili inayozunguka. Kwenda kwa majaribio pekee, mabwana tofauti labda walijikwaa juu ya matukio yasiyo ya kawaida na ya kushangaza. Kwa mfano, kipande kimoja cha chuma kinaweza kusonga ghafla mbele ya mwingine (magnetism). Katika karne ya kumi na tisa, matukio haya yalielezewa na majaribio ya Faraday (induction ya sumakuumeme kwa maana ya kisasa iliibuka wakati huo).
Sayansi nawafalme
Mkondo wa umeme umejulikana kwa muda mrefu. Walijua jinsi ya kutofautisha chuma kutoka kwa glasi na mali ya kuendesha elektroni wakati wa Michelangelo. Lakini hadi mwanzoni mwa karne ya kumi na tisa, jambo hili lilizingatiwa tu kama jambo la kuchekesha. Kwa kuongezea, wanasayansi wamefadhiliwa kila wakati na mfadhili tajiri - hesabu, duke au mfalme. Na pesa iliyowekezwa, kama unavyojua, inapaswa kulipwa. Kwa hiyo wanafizikia na wanakemia walihitaji kufanya kazi kwa namna ambayo nguvu ya kijeshi ya mtukufu huyo iliongezeka, alipata faida zaidi au alifurahia tamasha angavu.
Baadhi ya majaribio yalionyeshwa kwa wageni kama ishara ya uwezo wa mwenye pesa. Galileo aliita miezi ya Jupiter aliyogundua kwa heshima ya mlinzi wake, Medici. Ndivyo ilivyokuwa kwa umeme. Majaribio ya Faraday yalithibitisha induction ya sumakuumeme kimajaribio. Lakini kabla yake, kulikuwa na masomo ya Oersted.
umeme au sumaku?
Sumaku (sehemu kuu ya dira) ilitumiwa na mabaharia waliogundua Amerika, Australia na njia ya kwenda India. Umeme ilikuwa furaha ya kuvutia. Mnamo 1820, mwanasayansi wa Denmark Hans Christian Oersted alithibitisha uhusiano kati ya mali ya sumaku na umeme ya waendeshaji. Jaribio lake lilikuwa mtangulizi wa jaribio la Faraday, tukio la uingizwaji wa sumakuumeme na kila kitu kilichofuata kutokana na uvumbuzi wa miaka hiyo.
Kwa hivyo, Oersted alichukua kondakta wa mstari (waya nene) na kuweka sindano ya sumaku chini yake. Wakati mwanasayansi alipoanza sasa, miti ya sumaku ilibadilika: mshale ulisimama perpendicular kwa kondakta. Mwanafizikia alirudia jaribio hilo mara nyingi,ilibadilisha jiometri ya jaribio na mwelekeo wa sasa katika kondakta. Matokeo yake yalikuwa sawa: eneo la miti ya sindano ya magnetic ilikuwa daima sawa na heshima ya vector ya mwendo wa elektroni. Sasa uzoefu huu unaonekana rahisi sana na unaeleweka. Lakini ugunduzi huo ulikuwa na matokeo makubwa: Oersted ilithibitisha uhusiano wa moja kwa moja kati ya sehemu za umeme na sumaku.
Uhusiano wa mali
Lakini ikiwa mkondo wa umeme uliweza kuathiri sumaku, basi sumaku hiyo inaweza kusababisha elektroni kusonga? Hivi ndivyo Faraday alijaribu kuthibitisha kwa jaribio, maelezo ambayo sasa tutatoa.
Mwanasayansi aliweka waya kwenye ond (coil), aliunganisha kifaa cha kutambua sasa kwake na kuleta sumaku kwenye muundo. Sindano ya mita iliteleza. Uzoefu huo ulifanikiwa. Katika siku zijazo, Michael Faraday alitumia mbinu mbalimbali na kujua: ikiwa badala ya sumaku tunachukua coil moja na kusisimua sasa ndani yake, basi sasa pia itaonekana kwenye coil iliyo karibu. Mwingiliano huwa bora zaidi wakati kiini cha conductive kinapoingizwa ndani ya zamu za helikopta zote mbili.
Sheria ya uingizaji wa sumakuumeme
Sheria ya Faraday ya uingizaji wa saketi iliyofungwa inaonyeshwa kwa fomula: ε=-dΦ / dt.
Hapa ε ni nguvu ya elektroni ambayo husababisha elektroni kuhamia kwenye kondakta (kifupi kama EMF), Φ ni ukubwa wa mtiririko wa sumaku ambao kwa sasa unapitia eneo fulani, na t ndio wakati.
Mfumo huu ni tofauti. Hii ina maana kwamba EMF inapaswa kuhesabiwa kwa muda wote mdogo kwa kutumia vipande vidogo vya eneo. LAKINIili kupata jumla ya nguvu ya kielektroniki, matokeo lazima yajumuishwe.
Minus katika fomula inatokana na sheria ya Lenz. Inasomeka: Emf induction inaelekezwa ili mkondo uliotiwa nguvu uzuie mabadiliko katika mwelekeo wa mtiririko.
Ni rahisi sana kuelezea sheria hii kwa mfano: wakati sasa katika coil ya kwanza inapoongezeka, sasa katika ya pili pia itaongezeka; wakati sasa katika coil ya kwanza inapungua, moja iliyosababishwa pia itapungua.
Kutumia sheria ya Faraday
Maisha ya kisasa hayawezi kufikiria bila umeme. Katika Siku ambayo Dunia Ilisimama, tabia ya Keanu Reeves inabadilisha historia ya mwanadamu kwa kuzima jenereta. Hatutazungumza juu ya mifumo ya tukio hili sasa. Tamthiliya inatoa mawazo huru, lakini haielezei uwezekano. Lakini matokeo ya jambo kama hilo yangekuwa ya kimataifa kweli: kutoka kwa uharibifu wa miundombinu ya mijini hadi njaa. Binadamu kweli ingebidi wajenge upya ustaarabu wao ili kukabiliana na maisha bila umeme.
Waandishi wengi wa hadithi za kisayansi hutumia njama ya janga la kimataifa. Mbali na kukatwa kwa umeme, sababu za mabadiliko hayo makubwa ni:
- uvamizi wa kigeni;
- jaribio lisilo sahihi la bakteria;
- ugunduzi wa bahati mbaya wa sheria ya asili inayobadilisha muundo wa mata (kwa mfano, barafu-9);
- vita vya nyuklia au janga;
- mkurupuko mkubwa wa watu (ubinadamu mpya hauhitaji teknolojia).
Kutafuta vyanzo vya nishati nieneo tofauti la shughuli za binadamu. Watu hutumia nishati ya rasilimali za mafuta, maji, upepo, mawimbi, joto la maji ya chini ya ardhi na atomi kupata umeme. Vituo vyote hufanya kazi kwa shukrani kwa kanuni, uwepo wa ambayo ilithibitishwa na Faraday katika majaribio yake. Zaidi ya hayo, mpango wa kuzalisha umeme sio tofauti sana na jaribio lake: nguvu fulani huzunguka sumaku kubwa (rota), na hiyo, inasisimua sasa katika coils.
Bila shaka, watu walipata nyenzo bora kwa cores, walijifunza jinsi ya kutengeneza spools kubwa, kutenga tabaka zinazopinda kutoka kwa kila mmoja bora zaidi. Lakini kwa ujumla, ustaarabu wa kisasa unasimama kwenye tajriba iliyotolewa na Michael Faraday mnamo Agosti 1831.
