Hari ini kita akan berbicara tentang pengalaman Faraday, seorang fisikawan Inggris, dan pentingnya induksi elektromagnetik di dunia modern.
Matahari, kilat, gunung berapi
Orang kuno menyembah yang tidak bisa dipahami. Kita berbicara tentang masa ketika penemuan paling maju adalah kemampuan untuk menggabungkan tongkat dan batu menjadi alat sederhana. Tidak ada penjelasan untuk perjalanan harian Matahari, fase Bulan, gunung berapi, terjadinya kilat dan guntur.
Dengan badai petir, umat manusia memiliki novel tersendiri. Api menghilangkan kegelapan, memberi rasa aman, mengilhami penemuan. Dan para ilmuwan menyarankan bahwa api terkontrol pertama diciptakan dari kayu yang dibakar oleh petir.
Palu dan Magnet
Beberapa saat kemudian, orang belajar menggunakan panas untuk melelehkan logam. Alat kuat pertama muncul yang membantu menaklukkan alam sekitarnya. Secara eksklusif melalui eksperimen, master yang berbeda mungkin menemukan insiden yang tidak biasa dan aneh. Misalnya, sepotong besi tiba-tiba bisa bergerak di hadapan yang lain (magnetisme). Pada abad kesembilan belas, fenomena ini dijelaskan oleh eksperimen Faraday (induksi elektromagnetik dalam pengertian modern muncul tepat saat itu).
Sains danraja
Arus listrik sudah dikenal sejak lama. Mereka tahu bagaimana membedakan besi dari kaca dengan sifat konduksi elektron pada zaman Michelangelo. Namun hingga awal abad kesembilan belas, fenomena ini dianggap semata-mata sebagai fenomena lucu. Selain itu, para ilmuwan selalu disponsori oleh seorang dermawan kaya - seorang bangsawan, adipati, atau raja. Dan uang yang diinvestasikan, seperti yang Anda tahu, seharusnya terbayar. Jadi fisikawan dan ahli kimia perlu bekerja sedemikian rupa sehingga kekuatan militer bangsawan meningkat, ia menerima lebih banyak keuntungan atau menikmati tontonan yang cerah.
Beberapa eksperimen diperlihatkan kepada para tamu sebagai tanda kekuatan pemilik uang. Galileo menamai bulan-bulan Yupiter yang ditemukannya untuk menghormati pelindungnya, Medici. Begitu pula dengan listrik. Eksperimen Faraday mengkonfirmasi induksi elektromagnetik secara eksperimental. Tapi sebelum dia, ada studi Oersted.
Listrik atau magnet?
Magnet (bagian utama kompas) digunakan oleh para pelaut yang menemukan Amerika, Australia, dan jalan menuju India. Listrik adalah kesenangan yang menarik. Pada tahun 1820, ilmuwan Denmark Hans Christian Oersted membuktikan hubungan antara sifat magnetik dan listrik konduktor. Eksperimennya merupakan cikal bakal eksperimen Faraday, fenomena induksi elektromagnetik dan segala sesuatu yang mengikuti dari penemuan-penemuan tahun itu.
Jadi, Oersted mengambil konduktor linier (kawat tebal) dan meletakkan jarum magnet di bawahnya. Ketika ilmuwan memulai arus, kutub magnet bergeser: panah berdiri tegak lurus terhadap konduktor. Fisikawan itu mengulangi percobaan berkali-kali,mengubah geometri percobaan dan arah arus dalam konduktor. Hasilnya sama: lokasi kutub jarum magnet selalu sama terhadap vektor gerak elektron. Sekarang pengalaman ini tampaknya sangat sederhana dan dapat dimengerti. Tetapi penemuan itu memiliki konsekuensi yang luas: Oersted membuktikan hubungan langsung antara medan listrik dan magnet.
Hubungan properti
Tetapi jika arus listrik dapat mempengaruhi magnet, maka magnet dapat menyebabkan elektron bergerak? Inilah yang Faraday coba buktikan melalui eksperimen, deskripsi yang sekarang akan kami berikan.
Ilmuwan melilitkan kawat menjadi spiral (kumparan), menghubungkan alat pendeteksi arus ke kawat itu dan membawa magnet ke strukturnya. Jarum meter berkedip. Pengalaman itu ternyata berhasil. Di masa depan, Michael Faraday menerapkan berbagai pendekatan dan menemukan: jika alih-alih magnet kita mengambil satu kumparan dan membangkitkan arus di dalamnya, maka arus juga akan muncul di kumparan yang berdekatan. Interaksi ini bahkan lebih efektif ketika inti konduktif dimasukkan ke dalam belitan kedua heliks.
Hukum induksi elektromagnetik
Hukum induksi Faraday untuk rangkaian tertutup dinyatakan dengan rumus:=-dΦ / dt.
Di sini adalah gaya gerak listrik yang menyebabkan elektron bergerak dalam konduktor (disingkat EMF), adalah besarnya fluks magnet yang saat ini melewati area tertentu, dan t adalah waktu.
Rumus ini diferensial. Ini berarti bahwa EMF harus dihitung untuk semua periode waktu yang kecil menggunakan potongan-potongan kecil area. TETAPIuntuk mendapatkan total gaya gerak listrik, hasilnya harus dijumlahkan.
Pengurangan dalam rumus disebabkan oleh aturan Lenz. Bunyinya: GGL induksi diarahkan sehingga arus berenergi menghalangi perubahan arah aliran.
Cukup mudah untuk menjelaskan aturan ini dengan sebuah contoh: ketika arus pada kumparan pertama meningkat, arus pada kumparan kedua juga akan meningkat; ketika arus pada kumparan pertama berkurang, kumparan induksi juga akan melemah.
Menerapkan Hukum Faraday
Kehidupan modern tidak terbayangkan tanpa listrik. Dalam The Day the Earth Stood Still, karakter Keanu Reeves mengubah jalannya sejarah manusia dengan mematikan generator. Kami tidak akan membicarakan mekanisme kejadian ini sekarang. Fiksi memberikan kebebasan untuk berimajinasi, tetapi tidak menggambarkan kemungkinannya. Tetapi konsekuensi dari fenomena seperti itu akan benar-benar global: dari penghancuran infrastruktur perkotaan hingga kelaparan. Manusia sebenarnya harus membangun kembali peradaban mereka untuk beradaptasi dengan kehidupan tanpa listrik.
Banyak penulis fiksi ilmiah memanfaatkan plot bencana global. Selain pemadaman listrik, alasan perubahan besar tersebut adalah:
- invasi asing;
- percobaan bakteriologis salah;
- penemuan hukum fisika secara tidak sengaja yang mengubah struktur materi (misalnya, es-9);
- perang atau bencana nuklir;
- sebuah lompatan evolusioner manusia (kemanusiaan baru sama sekali tidak membutuhkan teknologi).
Mencari sumber energi adalaharea terpisah dari aktivitas manusia. Orang menggunakan energi dari sumber daya fosil, air, angin, gelombang, panas air panas bawah tanah dan atom untuk mendapatkan listrik. Semua stasiun bekerja berkat prinsip, yang keberadaannya dibuktikan oleh Faraday dalam eksperimennya. Selain itu, skema untuk menghasilkan listrik tidak terlalu berbeda dari eksperimennya: gaya tertentu memutar magnet besar (rotor), dan itu, pada gilirannya, membangkitkan arus dalam kumparan.
Tentu saja, orang-orang menemukan bahan yang sangat baik untuk inti, mempelajari cara membuat gulungan besar, mengisolasi lapisan belitan satu sama lain dengan lebih baik. Namun secara umum, peradaban modern berpijak pada pengalaman yang dihasilkan oleh Michael Faraday pada Agustus 1831.
