Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Scoperta, esperienza, applicazione

Oggi parleremo del fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Cerchiamo di spiegare perché questo fenomeno è stato scoperto e quali benefici ha portato.

seta

Le persone hanno sempre cercato di vivere meglio. Alcuni potrebbero pensare che questo sia un motivo per accusare l'umanità di avidità. Ma spesso stiamo parlando di ottenere servizi di base per la casa.

Nell'Europa medievale, erano in grado di produrre tessuti di lana, cotone e lino. E a quel tempo, la gente soffriva di un eccesso di pulci e pidocchi. Allo stesso tempo, la civiltà cinese ha già imparato a tessere magistralmente la seta. Gli abiti fatti di lui non permettevano le sanguisughe sulla pelle umana. Le zampe dell'insetto scivolarono sul tessuto liscio e i pidocchi si staccarono. Pertanto, gli europei volevano indossare la seta con tutti i mezzi. E i commercianti pensavano che questa fosse un'altra opportunità per diventare ricchi. Pertanto, la Grande Via della Seta fu posata.

Solo in questo modo è stato il tessuto desiderato consegnato all'Europa sofferente. E così tante persone furono coinvolte nel processo che, come risultato, le città sorsero, gli imperi sostenevano il diritto di imporre tasse, e alcune parti del cammino sono ancora il modo più conveniente per arrivare al posto giusto.

Bussola e stella

Sulla via delle carovane con la seta si ergevano montagne e deserti. È successo che la natura della zona è rimasta la stessa per settimane e mesi. Le dune steppiche furono sostituite dalle stesse colline, una passata l'una dopo l'altra. E le persone dovevano in qualche modo navigare per consegnare il loro prezioso carico.

Le stelle sono venute prima al salvataggio. Sapendo quale giorno era e quali costellazioni aspettarsi, un viaggiatore esperto poteva sempre determinare dove fosse il sud, dove si trovava l'est e dove andare. Ma non c'erano sempre abbastanza persone con sufficiente conoscenza. Sì, e il tempo semplicemente non sapeva come contare. Tramonto, alba - sono tutti punti di riferimento. Una bufera di neve o tempesta di sabbia, tempo nuvoloso ha escluso anche la possibilità di vedere la stella polare.

Quindi le persone (probabilmente gli antichi cinesi, ma gli scienziati discutono ancora su questo punto) hanno capito che un minerale si trova sempre in un certo modo in relazione ai punti cardinali. Questa proprietà è stata utilizzata per creare la prima bussola. Prima che la scoperta del fenomeno dell'induzione elettromagnetica fosse molto lontana, ma fu fatto un inizio.

Dalla bussola alla calamita

Il nome "magnete" risale al toponimo. Probabilmente le prime bussole sono state ricavate da minerali estratti nelle colline della Magnesia. Questa zona si trova in Asia Minore. E i magneti sembravano pietre nere.

Le prime bussole erano molto primitive. L'acqua è stata versata in una ciotola o in un altro contenitore, un sottile disco di materiale galleggiante è stato posizionato sopra. E al centro del disco è stata posta la freccia magnetizzata. La sua estremità puntava sempre verso nord, l'altra verso sud.

È difficile persino immaginare che la carovana abbia salvato l'acqua per la bussola, mentre le persone sono morte di sete. Ma non perdere la direzione e permettere a persone, animali e merci di raggiungere un luogo sicuro era più importante di molte vite separate.

I compassi fecero molti viaggi e incontrarono vari fenomeni della natura. Non c'è da stupirsi del fenomeno induzione elettromagnetica Fu scoperto in Europa, sebbene il minerale magnetico fosse originariamente estratto in Asia. Era così complicato che il desiderio dei residenti europei di dormire più comodamente portò alla più importante scoperta della fisica.

Magnetico o elettrico?

All'inizio del diciannovesimo secolo, gli scienziati hanno capito come ottenere corrente continua La prima batteria primitiva è stata creata. Era sufficiente mettere un flusso di elettroni attraverso conduttori metallici. Grazie alla prima fonte di energia elettrica, sono state fatte numerose scoperte.

Nel 1820, lo scienziato danese Hans Christian Oersted scoprì: l'ago magnetico viene deviato vicino al conduttore incluso nella rete. Il polo positivo della bussola si trova sempre in un certo modo rispetto alla direzione della corrente. Lo scienziato ha fatto l'esperimento in tutte le possibili geometrie: il conduttore era sopra o sotto la freccia, si trovavano parallele o perpendicolari. Di conseguenza, si è sempre rivelato lo stesso: la corrente attivata ha messo in movimento un magnete. Quindi, la scoperta del fenomeno dell'induzione elettromagnetica è stata anticipata.

Esperimenti di Faraday

Ma il pensiero degli scienziati deve essere confermato dall'esperimento. Subito dopo l'esperienza di Oersted, il fisico inglese Michael Faraday si è chiesto: "I campi magnetici ed elettrici si influenzano a vicenda, o sono più strettamente connessi?" Lo scienziato ha prima verificato che se un campo elettrico dovesse deflettere un oggetto magnetizzato, il magnete dovrebbe generare una corrente.

Lo schema dell'esperienza è semplice. Ora qualsiasi scolaro può ripeterlo. Il sottile filo metallico era arrotolato a forma di molla. Le sue estremità erano collegate a un dispositivo che registra la corrente. Quando un magnete si muoveva vicino alla bobina, la freccia sul dispositivo indicava la tensione del campo elettrico. Quindi, la legge di induzione elettromagnetica di Faraday è stata derivata.

Continuazione degli esperimenti

Ma questo non è tutto ciò che lo scienziato ha fatto. Poiché i campi magnetici ed elettrici sono strettamente correlati, è stato necessario scoprire quanto.

Per fare questo, Faraday ha portato una corrente a un avvolgimento e lo ha spinto dentro un altro avvolgimento di questo tipo con un raggio maggiore del primo. E di nuovo l'elettricità è stata indotta. Così, lo scienziato ha dimostrato: una carica in movimento genera contemporaneamente sia campi elettrici che campi magnetici.

Vale la pena sottolineare che stiamo parlando del movimento di un magnete o di un campo magnetico all'interno di un circuito chiuso di una molla. Cioè, il flusso deve cambiare continuamente. Se ciò non si verifica, non viene generata corrente.

formula

La legge di Faraday per l'induzione elettromagnetica è espressa dalla formula

ε = -dΦ / dt.

Decifriamo i personaggi.

ε indica la forza elettromotrice o elettromotrice. Questa quantità è scalare (cioè non vettoriale) e mostra il lavoro che determinate forze o leggi della natura si applicano per creare una corrente. Va notato che il lavoro deve necessariamente produrre fenomeni non elettrici.

Φ è flusso magnetico attraverso un circuito chiuso. Questo valore è il prodotto di altri due: la grandezza del vettore di induzione magnetica B e l'area di un anello chiuso. Se il campo magnetico agisce sul circuito non strettamente perpendicolare, allora il coseno viene aggiunto al prodotto. angolo tra il vettore In e normale alla superficie.

Per una comprensione più completa della formula, ti consigliamo di richiamare la differenza del vettore dallo scalare e dalla più semplice trigonometria.

Effetti della scoperta

Altri hanno seguito questa legge. Gli scienziati successivi hanno stabilito la dipendenza dell'intensità della corrente elettrica sulla potenza, la resistenza sul materiale del conduttore. Sono state studiate nuove proprietà, sono state create leghe incredibili. Infine, l'umanità ha decifrato la struttura dell'atomo, è penetrata nel mistero della nascita e della morte delle stelle, ha rivelato il genoma degli esseri viventi.

E tutti questi risultati richiedevano un'enorme quantità di risorse e, soprattutto, di elettricità. Qualsiasi produzione o grande ricerca scientifica è stata condotta dove erano disponibili tre componenti: personale qualificato, il materiale con cui lavorare e l'elettricità a basso costo.

E questo era possibile quando le forze della natura potevano impartire un grande momento di rotazione al rotore: fiumi con una grande differenza di altezza, valli con forti venti, faglie con un eccesso di energia geomagnetica.

È interessante notare che il modo moderno per ottenere l'elettricità non differisce fondamentalmente dagli esperimenti di Faraday. Il rotore magnetico ruota molto rapidamente all'interno di una grande bobina di filo. Il campo magnetico nell'avvolgimento cambia continuamente e viene generata una corrente elettrica.

Naturalmente, il materiale migliore per il magnete e i conduttori è stato selezionato e la tecnologia dell'intero processo è completamente diversa. Ma l'essenza è una cosa: viene usato il principio aperto sul sistema più semplice.