Hari ini kita akan mengungkapkan fenomena fisika seperti "hukum induksi elektromagnetik". Kami akan memberi tahu Anda mengapa Faraday melakukan eksperimen, memberikan formula dan menjelaskan pentingnya fenomena itu bagi kehidupan sehari-hari.
Dewa dan fisika kuno
Orang kuno menyembah yang tidak dikenal. Dan sekarang seorang pria takut akan kedalaman laut dan jarak antariksa. Tapi sains bisa menjelaskan alasannya. Kapal selam menangkap kehidupan lautan yang luar biasa pada kedalaman lebih dari satu kilometer, teleskop ruang angkasa mempelajari objek yang hanya ada beberapa juta tahun setelah big bang.
Tapi kemudian orang mendewakan segala sesuatu yang membuat mereka terpesona dan terganggu:
- matahari terbit;
- membangunkan tanaman di musim semi;
- hujan;
- kelahiran dan kematian.
Dalam setiap objek dan fenomena hidup kekuatan tak dikenal yang menguasai dunia. Hingga saat ini, anak-anak cenderung memanusiakan furnitur dan mainan. Dibiarkan tanpa pengawasan oleh orang dewasa, mereka berfantasi: selimut akan memeluk, bangku akan muat, jendela akan terbuka dengan sendirinya.
Mungkin langkah evolusi pertama umat manusia adalah kemampuan untuk mempertahankanapi. Antropolog menyarankan bahwa api paling awal dinyalakan dari pohon yang tersambar petir.
Dengan demikian, listrik telah memainkan peran besar dalam kehidupan umat manusia. Petir pertama memberi dorongan pada perkembangan budaya, hukum dasar induksi elektromagnetik membawa umat manusia ke keadaan sekarang.
Dari cuka ke reaktor nuklir
Bejana keramik aneh ditemukan di piramida Cheops: lehernya disegel dengan lilin, silinder logam tersembunyi di kedalaman. Sisa-sisa cuka atau anggur asam ditemukan di bagian dalam dinding. Para ilmuwan telah sampai pada kesimpulan yang sensasional: artefak ini adalah baterai, sumber listrik.
Tapi sampai tahun 1600 tidak ada yang mau mempelajari fenomena ini. Sebelum memindahkan elektron, sifat listrik statis dieksplorasi. Orang Yunani kuno tahu bahwa amber mengeluarkan kotoran jika digosokkan ke bulu. Warna batu ini mengingatkan mereka pada cahaya bintang Electra dari Pleiades. Dan nama mineral tersebut, pada gilirannya, menjadi alasan untuk membaptis fenomena fisik.
Sumber DC primitif pertama dibuat pada tahun 1800
Tentu saja, segera setelah kapasitor yang cukup kuat muncul, para ilmuwan mulai mempelajari sifat-sifat konduktor yang terhubung dengannya. Pada tahun 1820, ilmuwan Denmark Hans Christian Oersted menemukan bahwa jarum magnet menyimpang di sebelah konduktor yang termasuk dalam jaringan. Fakta ini mendorong penemuan hukum induksi elektromagnetik oleh Faraday (rumus akan diberikan di bawah), yang memungkinkan manusia untuk mengekstraksilistrik dari air, angin dan bahan bakar nuklir.
Primitif tapi modern
Dasar fisik eksperimen Max Faraday diletakkan oleh Oersted. Jika konduktor yang disaklar mempengaruhi magnet, maka kebalikannya juga benar: konduktor bermagnet harus menginduksi arus.
Struktur eksperimen yang membantu menurunkan hukum induksi elektromagnetik (EMF sebagai konsep yang akan kita bahas nanti) cukup sederhana. Kawat yang dililitkan ke pegas terhubung ke perangkat yang mencatat arus. Ilmuwan membawa magnet besar ke kumparan. Saat magnet bergerak di sebelah sirkuit, perangkat mencatat aliran elektron.
Teknik telah berkembang sejak saat itu, tetapi prinsip dasar untuk menciptakan listrik di stasiun besar masih sama: magnet yang bergerak membangkitkan arus dalam konduktor yang dililit oleh pegas.
Pengembangan Ide
Pengalaman pertama meyakinkan Faraday bahwa medan listrik dan magnet saling berhubungan. Tapi itu perlu untuk mencari tahu bagaimana tepatnya. Apakah medan magnet juga muncul di sekitar konduktor pembawa arus, atau apakah mereka hanya dapat saling mempengaruhi? Karena itu, ilmuwan melangkah lebih jauh. Dia melilitkan satu kawat, membawa arus ke sana, dan mendorong kumparan ini ke pegas lain. Dan dia juga mendapat listrik. Pengalaman ini membuktikan bahwa elektron yang bergerak tidak hanya menciptakan medan listrik tetapi juga medan magnet. Belakangan, para ilmuwan menemukan bagaimana mereka berada di ruang angkasa relatif satu sama lain. Medan elektromagnetik juga merupakan alasan mengapa adaringan.
Bereksperimen dengan opsi berbeda untuk interaksi konduktor aktif, Faraday menemukan bahwa arus paling baik ditransmisikan jika kumparan pertama dan kedua dililitkan pada satu inti logam yang sama. Rumus yang menyatakan hukum induksi elektromagnetik diturunkan pada perangkat ini.
Rumus dan komponennya
Sekarang sejarah studi kelistrikan telah dibawa ke eksperimen Faraday, saatnya menulis rumus:
ε=-dΦ / dt.
Decipher:
ε adalah gaya gerak listrik (disingkat EMF). Tergantung pada nilai, elektron bergerak lebih intensif atau lebih lemah dalam konduktor. Kekuatan sumber mempengaruhi EMF, dan kekuatan medan elektromagnetik mempengaruhinya.
Φ adalah besarnya fluks magnet yang saat ini melewati area tertentu. Faraday menggulung kawat menjadi pegas, karena ia membutuhkan ruang tertentu yang dapat dilalui konduktor. Tentu saja, dimungkinkan untuk membuat konduktor yang sangat tebal, tetapi itu akan mahal. Ilmuwan memilih bentuk lingkaran karena bangun datar ini memiliki perbandingan luas dan panjang permukaan terbesar. Ini adalah bentuk yang paling hemat energi. Oleh karena itu, tetesan air pada permukaan datar menjadi bulat. Selain itu, pegas dengan bagian bundar jauh lebih mudah diperoleh: Anda hanya perlu melilitkan kawat di sekitar semacam benda bundar.
t adalah waktu yang dibutuhkan aliran untuk melewati loop.
Awalan d dalam rumus hukum induksi elektromagnetik berarti bahwa nilainya adalah diferensial. Yaitufluks magnet kecil harus dibedakan selama interval waktu yang kecil untuk mendapatkan hasil akhir. Tindakan matematis ini membutuhkan persiapan dari orang-orang. Untuk lebih memahami rumus, kami sangat mendorong pembaca untuk mengingat diferensiasi dan integrasi.
Akibat hukum
Segera setelah penemuan Faraday, fisikawan mulai menyelidiki fenomena induksi elektromagnetik. Hukum Lenz, misalnya, secara eksperimental diturunkan oleh seorang ilmuwan Rusia. Aturan inilah yang menambahkan minus ke rumus akhir.
Dia terlihat seperti ini: arah arus induksi tidak disengaja; aliran elektron pada belitan kedua, seolah-olah, cenderung mengurangi efek arus pada belitan pertama. Artinya, terjadinya induksi elektromagnetik sebenarnya merupakan resistensi pegas kedua terhadap gangguan dalam "kehidupan pribadi".
Aturan Lenz memiliki konsekuensi lain.
- jika arus pada kumparan pertama bertambah, maka arus pegas kedua juga cenderung bertambah;
- jika arus pada belitan induksi turun, arus pada belitan kedua juga akan berkurang.
Menurut aturan ini, konduktor di mana arus induksi terjadi sebenarnya cenderung mengkompensasi efek perubahan fluks magnet.
Biji-bijian dan keledai
Gunakan mekanisme paling sederhana untuk keuntungan mereka sendiri, orang telah berjuang untuk waktu yang lama. Menggiling tepung adalah kerja keras. Beberapa suku menggiling biji-bijian dengan tangan: taruh gandum di satu batu, tutup dengan batu datar dan bundar lainnya, dan putarbatu gerinda. Tetapi jika Anda perlu menggiling tepung untuk seluruh desa, maka Anda tidak dapat melakukannya dengan kerja otot saja. Pada awalnya, orang-orang menebak untuk mengikat seekor hewan penarik ke batu kilangan. Keledai menarik tali - batu itu berputar. Kemudian, mungkin, orang berpikir: “Sungai mengalir sepanjang waktu, mendorong segala macam hal ke hilir. Mengapa kita tidak menggunakannya untuk kebaikan? Ini adalah bagaimana kincir air muncul.
Roda, air, angin
Tentu saja, para insinyur pertama yang membangun struktur ini tidak tahu apa-apa tentang gaya gravitasi, yang menyebabkan air selalu cenderung turun, atau tentang gaya gesekan atau tegangan permukaan. Tetapi mereka melihat: jika Anda meletakkan roda dengan bilah pada diameter di sungai atau sungai, maka itu tidak hanya akan berputar, tetapi juga dapat melakukan pekerjaan yang bermanfaat.
Tetapi bahkan mekanisme ini terbatas: tidak di mana-mana ada air yang mengalir dengan kekuatan arus yang cukup. Jadi orang pindah. Mereka membangun pabrik yang digerakkan oleh angin.
Batubara, bahan bakar minyak, bensin
Ketika para ilmuwan memahami prinsip eksitasi listrik, tugas teknis ditetapkan: untuk mendapatkannya dalam skala industri. Saat itu (pertengahan abad kesembilan belas) dunia sedang demam mesin. Mereka mencoba untuk mempercayakan semua pekerjaan sulit kepada pasangan yang berkembang.
Tetapi kemudian hanya bahan bakar fosil, batu bara, dan bahan bakar minyak, yang mampu memanaskan air dalam jumlah besar. Oleh karena itu, wilayah dunia yang kaya akan karbon purba itu langsung menarik perhatian investor dan pekerja. Dan redistribusi orang menyebabkan revolusi industri.
Belanda danTexas
Namun, keadaan ini berdampak buruk pada lingkungan. Dan para ilmuwan berpikir: bagaimana mendapatkan energi tanpa merusak alam? Diselamatkan tua yang terlupakan. Pabrik menggunakan torsi untuk melakukan pekerjaan mekanis kasar secara langsung. Turbin pembangkit listrik tenaga air memutar magnet.
Saat ini, listrik terbersih berasal dari tenaga angin. Para insinyur yang membangun generator pertama di Texas memanfaatkan pengalaman kincir angin di Belanda.
