Zákon elektromagnetické indukce. Pravidlo Lenze a Faradaye

Dnes odhalíme takový fenomén fyziky jako "zákon elektromagnetické indukce". Řekneme, proč Faraday prováděl experimenty, dal vzorec a vysvětlil význam tohoto fenoménu pro každodenní život.

Starověké bohové a fyzika

Starověcí lidé uctívali neznámé. A teď ten člověk strach z propasti moře a rozlehlé plochy. Věda však může vysvětlit proč. Ponorky zmírnit neuvěřitelný život oceánů v hloubce více než jeden kilometr, kosmické dalekohledy studují předměty, které existovaly jen během několika milionů let po velkém třesku.

Ale pak lidé zbožnili všechno, co je fascinovalo a staralo se o ně:

• východ slunce;
• probuzení rostlin na jaře;
• déšť;
• narození a smrti.

V každém předmětu a jevu žili neznámé síly, které vládly světu. Až dosud mají děti tendenci humanizovat nábytek a hračky. Pobyt bezobslužných dospělých, oni fantazírají: přikrývka přijme, stolička se vejde, okno se otevře.

Snad prvním vývojovým krokem lidstva byla schopnost udržet oheň. Antropologové naznačují, že ze stromu, do kterého blesky zasáhly, byly zapáleny nejčasnější požáry.

Elektřina tak hrála obrovskou roli v životě lidstva. První blesky daly impuls k rozvoji kultury, základní zákon elektromagnetické indukce přivedl lidstvo k současnému stavu.

Od ocet do jaderného reaktoru

V pyramidě Cheopsových byly nalezeny podivné keramické nádoby: hrdlo utěsněné voskem, v hlubinách skrytý kovový válec. Zbytky octového nebo kyselého vína byly nalezeny uvnitř zdí. Vědci dospěli k senzačnímu závěru: tento artefakt je baterií, zdrojem elektrické energie.

Ale před rokem 1600 se tento fenomén nikdo neprohlížel. Před pohybem elektronů byla zkoumána povaha statické elektřiny. Skutečnost, že jantarová dává řady, je-li třepena proti srsti, byla známa i dávnými Řeky. Barva tohoto kamene jim připomněla světlo hvězdy Elektry z Plejád. A jméno minerálu se zase stalo příležitostí křtění fyzického jevu.

První primitivní DC zdroj byl postaven v roce 1800

Samozřejmě, že jakmile tam byl docela silný kondenzátor, vědci začali studovat vlastnosti připojeného vodiče. V roce 1820 dánský vědec Hans Christian Oersted zjistil, že magnetická jehla je vychýlena v blízkosti vodiče zařazeny do sítě. Tato skutečnost vedla k objevu Faradayova indukčního zákona (vzorec je uveden níže), což umožnilo lidstvo k výrobě elektrické energie z vody, větru a jaderného paliva.

Primitivní, ale moderní

Fyzická základna experimentů Maxa Faradaya byla položena Oerstedem. Pokud zahrnutý vodič ovlivňuje magnet, pak platí i konverzace: magnetizovaný vodič musí spouštět proud.

Struktura experimentu, která pomohla odvodit zákon elektromagnetické indukce (EMF jako koncept, který budeme zvažovat později) byl velmi jednoduchý. Drát navinutý na pružině byl připojen k zařízení, které registruje proud. Ke cívkám vědec zvedl velký magnet. Zatímco se magnet pohyboval vedle okruhu, přístroj zaznamenal tok elektronů.

Od té doby zdokonalil techniku, ale základní princip vytváření elektřiny ve velkých závodech dosud stejný: pohybující se magnet budícího proudu do nepravidelně hojení pružinového drátu.

Vývoj nápadů

První zkušenost přesvědčila Faradaya, že elektrické a magnetické pole jsou vzájemně propojené. Ale bylo zapotřebí zjistit, jak. Existuje nějaké magnetické pole kolem vodiče, nebo jsou schopny se navzájem ovlivňovat? Takže vědec pokračoval. Natočil jeden drát, přivedl k němu proud a tato cívka byla zasunuta do druhé jaro. A také jsem dostal elektřinu. Tento experiment ukázal, že pohyblivé elektrony vytvářejí nejen elektrické pole, ale také magnetické pole. Později vědci zjistili, jak se nacházejí ve vesmíru relativně vůči sobě. Elektromagnetické pole je také důvodem, proč je světlo.

Experimentoval s různými možnostmi interakce vodičů pod napětím. Faraday zjistil, že proud je nejlépe přenášen, pokud jsou na jednom společném kovovém jádru navinuty jak první, tak druhé cívky. Vzorec vyjadřující zákon elektromagnetické indukce byl odvozen přesně na tomto zařízení.

Vzorec a jeho součásti

Teď, když se historie studia elektřiny přinesla Faradayově experimentu, je čas napsat tento vzorec:

epsilon- = -dPhi- / dt.

Dešifrujeme:

epsilon- je elektromotorická síla (zkrácená EMF). V závislosti na velikosti epsilon-elektrony se pohybují ve vodiči intenzivněji nebo slabší. Emf je ovlivněna silou zdroje a na něm - intenzitou elektromagnetického pole.

Phi je velikost magnetického toku, který prochází v daném okamžiku přes danou oblast. Faraday složil drát do pramene, protože potřeboval určitý prostor, kterým by dirigent prošel. Samozřejmě by se dalo udělat velmi tlustý dirigent, ale bylo by to drahé. Vědec si vybral tvar kruhu, protože tato rovina má největší poměr plochy k délce povrchu. Jedná se o nejvíce energeticky účinnou formu. Proto se kapičky vody na rovné ploše stane kulaté. Navíc je mnohem snazší získat pružinu s kruhovým průřezem: stačí pouze natáhnout drát na nějakém kulatém předmětu.

t je doba, kterou průtok prošel okruhem.

Předpona d ve vzorci zákona elektromagnetické indukce znamená, že hodnota je rozdílná. To znamená, že malý magnetický tok musí být diferencován v malých časových intervalech, aby se získal konečný výsledek. Toto matematické působení vyžaduje lidem určitou míru připravenosti. Abychom lépe pochopili vzorec, důrazně doporučujeme čtenáři, aby vzpomínali na diferenciaci a integraci.

Důsledky ze zákona

Bezprostředně po objevu Faradaje začali fyzici zkoumat fenomén elektromagnetické indukce. Například zákon Lenz byl experimentálně odvozen ruským vědcem. Toto pravidlo přidalo mínus do konečného vzorce.

Ten vypadá takto: indukce směr proudu není náhodně elektrony proudit do druhého vinutí, protože vede ke snížení účinku proudu v prvním vinutí. To znamená, že vznik elektromagnetické indukce je vlastně odpor druhého jara, který zasahuje do "osobního života".

Pravidlo Lenz má další důsledek.

• pokud se proud v první cívce zvětší, pak bude proud druhého pružiny také tendenci zvyšovat;
• Pokud proud v indukčním vinutí klesne, sníží se proud v sekundě.

Podle tohoto pravidla je vodič, ve kterém je generován indukovaný proud, ve skutečnosti tendenci kompenzovat působení měnícího se magnetického toku.

Obilí a osel

Lidé používali nejdelší mechanismy pro své dobro po dlouhou dobu. Mletí mouky je obtížný úkol. Některé kmeny mletí zrno ručně: položí pšenici na jeden kámen, pokryje jiným plochým a kulatým kamenem a obrátí mlýnský kámen. Ale pokud potřebujete mletou mouku po celé vesnici, pak se nedá dělat bez svalové práce. Zpočátku se lidé domnívali, že k mlýnskému kamenu připojí kočár. Osel táhl za lano - kámen se otáčel. Pravděpodobně si lidé pomysleli: "Řeka proudí pořád, tlačí předměty po proudu. Proč to nikdy nepoužíváme? "Tak se objevily vodní mlýny.

Kolečko, voda, vítr

Samozřejmě, že první technici, kteří postavili tyto struktury, nic o gravitační síle, v důsledku čehož voda má tendenci neustále se znal, ani třecí síly a povrchové napětí. Ale viděli, že pokud dáte kolo s čepelí na průměru v proudu nebo řece, bude to nejen otáčet, ale také bude moci dělat užitečnou práci.

Tento mechanismus byl však také omezen: není vždy tekoucí voda s dostatečnou průtokovou pevností. Lidé proto pokračují. Postavili mlýny, které pracovaly od větru.

Uhlí, topný olej, benzín

Když vědci pochopili princip buzení elektřiny, byl stanoven technický úkol: získat ji v průmyslovém měřítku. V té době (v polovině devatenáctého století) byl svět potlačen horečkou aut. Všechna tvrdá práce byla usilovat o svěření rozšiřující se dvojice.

Ale pak mohli ohřát jen velké množství vody fosilními palivy - uhlí a topným olejem. Proto, regiony světa, které byly bohaté na staré uhlíky, okamžitě přitahovaly pozornost investorů a pracovníků. A přerozdělování lidí vedlo k průmyslové revoluci.

Holandsku a Texasu

Tento stav věcí však měl špatný vliv na životní prostředí. A vědci mysleli: jak přijímat energii, aniž by došlo k ničení přírody? Získal dobře zapomenutý starý. Mlýn použil točivý moment k provádění hrubé mechanické práce. Turbíny vodních elektráren rotují magnety.

V současnosti je nejčistší elektřina získána z větrné energie. Inženýři, kteří postavili první generátory Texasu, spoléhali na zkušenosti s větrnými mlýny v Holandsku.