Aujourd'hui, nous allons révéler un phénomène physique tel que la "loi de l'induction électromagnétique". Nous vous expliquerons pourquoi Faraday a mené des expériences, donnerons une formule et expliquerons l'importance du phénomène dans la vie de tous les jours.
Dieux anciens et physique
Les anciens adoraient l'inconnu. Et maintenant, un homme a peur des profondeurs de la mer et de la distance de l'espace. Mais la science peut expliquer pourquoi. Les sous-marins capturent l'incroyable vie des océans à plus d'un kilomètre de profondeur, les télescopes spatiaux étudient des objets qui n'existaient que quelques millions d'années après le big bang.
Mais alors les gens déifiaient tout ce qui les fascinait et les dérangeait:
- lever du soleil;
- réveil des plantes au printemps;
- pluie;
- naissance et mort.
Dans chaque objet et phénomène vivaient des forces inconnues qui régnaient sur le monde. Jusqu'à présent, les enfants avaient tendance à humaniser les meubles et les jouets. Laissés sans surveillance par des adultes, ils fantasment: une couverture s'enlacera, un tabouret s'adaptera, la fenêtre s'ouvrira d'elle-même.
Peut-être que la première étape de l'évolution de l'humanité a été la capacité de maintenirle feu. Les anthropologues suggèrent que les premiers incendies ont été allumés à partir d'un arbre frappé par la foudre.
Ainsi, l'électricité a joué un rôle énorme dans la vie de l'humanité. Le premier éclair a donné une impulsion au développement de la culture, la loi fondamentale de l'induction électromagnétique a amené l'humanité à l'état actuel.
Du vinaigre au réacteur nucléaire
D'étranges récipients en céramique ont été trouvés dans la pyramide de Khéops: le col est scellé avec de la cire, un cylindre de métal est caché dans les profondeurs. Des restes de vinaigre ou de vin aigre ont été trouvés à l'intérieur des murs. Les scientifiques sont arrivés à une conclusion sensationnelle: cet artefact est une batterie, une source d'électricité.
Mais jusqu'en 1600 personne n'a entrepris d'étudier ce phénomène. Avant de déplacer les électrons, la nature de l'électricité statique a été explorée. Les anciens Grecs savaient que l'ambre donne des décharges s'il est frotté contre la fourrure. La couleur de cette pierre leur rappelait la lumière de l'étoile Electre des Pléiades. Et le nom du minéral est devenu, à son tour, la raison de baptiser le phénomène physique.
La première source CC primitive a été construite en 1800
Bien sûr, dès qu'un condensateur suffisamment puissant est apparu, les scientifiques ont commencé à étudier les propriétés du conducteur qui y était connecté. En 1820, le scientifique danois Hans Christian Oersted découvrit qu'une aiguille magnétique déviait à côté d'un conducteur inclus dans le réseau. Ce fait a donné une impulsion à la découverte de la loi de l'induction électromagnétique par Faraday (la formule sera donnée ci-dessous), qui a permis à l'humanité d'extrairel'électricité à partir de l'eau, du vent et du combustible nucléaire.
Primitive mais moderne
La base physique des expériences de Max Faraday a été posée par Oersted. Si un conducteur commuté affecte un aimant, alors l'inverse est également vrai: un conducteur magnétisé doit induire un courant.
La structure de l'expérience qui a permis de dériver la loi de l'induction électromagnétique (EMF en tant que concept que nous examinerons un peu plus tard) était assez simple. Un fil enroulé dans un ressort est connecté à un appareil qui enregistre le courant. Le scientifique a apporté un gros aimant aux bobines. Alors que l'aimant se déplaçait à côté du circuit, l'appareil a enregistré le flux d'électrons.
La technique s'est améliorée depuis, mais le principe de base de la création d'électricité dans les grandes centrales est toujours le même: un aimant en mouvement excite un courant dans un conducteur enroulé par un ressort.
Développement d'idées
La toute première expérience a convaincu Faraday que les champs électriques et magnétiques sont interconnectés. Mais il fallait savoir exactement comment. Un champ magnétique se produit-il également autour d'un conducteur porteur de courant, ou sont-ils simplement capables de s'influencer l'un l'autre ? Par conséquent, le scientifique est allé plus loin. Il enroula un fil, lui apporta du courant et poussa cette bobine dans un autre ressort. Et il a aussi eu de l'électricité. Cette expérience a prouvé que les électrons en mouvement créent non seulement un champ électrique mais aussi un champ magnétique. Plus tard, les scientifiques ont compris comment ils sont situés dans l'espace les uns par rapport aux autres. Le champ électromagnétique est aussi la raison pour laquelle il y alumière.
Expérimentant différentes options pour l'interaction des conducteurs sous tension, Faraday a découvert que le courant est mieux transmis si les première et deuxième bobines sont enroulées sur un noyau métallique commun. La formule exprimant la loi de l'induction électromagnétique a été dérivée sur cet appareil.
La formule et ses composants
Maintenant que l'histoire de l'étude de l'électricité a été apportée à l'expérience de Faraday, il est temps d'écrire la formule:
ε=-dΦ / dt.
Déchiffrer:
ε est la force électromotrice (EMF en abrégé). Selon la valeur de ε, les électrons se déplacent plus intensément ou plus faiblement dans le conducteur. La puissance de la source affecte l'EMF et la force du champ électromagnétique l'affecte.
Φ est la magnitude du flux magnétique qui traverse actuellement une zone donnée. Faraday a enroulé le fil dans un ressort, car il avait besoin d'un certain espace à travers lequel le conducteur passerait. Bien sûr, il serait possible de réaliser un conducteur très épais, mais cela coûterait cher. Le scientifique a choisi la forme du cercle parce que cette figure plate a le plus grand rapport entre la surface et la longueur de la surface. C'est la forme la plus économe en énergie. Par conséquent, les gouttelettes d'eau sur une surface plane deviennent rondes. De plus, un ressort à section ronde est beaucoup plus facile à obtenir: il suffit d'enrouler le fil autour d'un objet rond quelconque.
t est le temps qu'il a fallu au flux pour traverser la boucle.
Le préfixe d dans la formule de la loi de l'induction électromagnétique signifie que la valeur est différentielle. C'est à direun petit flux magnétique doit être différencié sur de petits intervalles de temps pour obtenir le résultat final. Cette action mathématique nécessite une certaine préparation de la part des personnes. Pour mieux comprendre la formule, nous encourageons fortement le lecteur à rappeler la différenciation et l'intégration.
Conséquences de la loi
Immédiatement après la découverte de Faraday, les physiciens ont commencé à étudier le phénomène de l'induction électromagnétique. La loi de Lenz, par exemple, a été dérivée expérimentalement par un scientifique russe. C'est cette règle qui a ajouté un moins à la formule finale.
Il ressemble à ceci: la direction du courant d'induction n'est pas accidentelle; le flux d'électrons dans le deuxième enroulement, pour ainsi dire, tend à réduire l'effet du courant dans le premier enroulement. C'est-à-dire que l'occurrence de l'induction électromagnétique est en fait la résistance du deuxième ressort aux interférences dans la "vie personnelle".
La règle de Lenz a une autre conséquence.
- si le courant dans la première bobine augmente, alors le courant du deuxième ressort aura également tendance à augmenter;
- si le courant dans l'enroulement inducteur diminue, le courant dans le second enroulement diminuera également.
Selon cette règle, un conducteur dans lequel un courant induit se produit tend en fait à compenser l'effet d'un flux magnétique changeant.
Céréales et âne
Utiliser les mécanismes les plus simples pour leur propre bénéfice, les gens s'efforcent depuis longtemps. Moudre la farine est un travail difficile. Certaines tribus moudent le grain à la main: placez le blé sur une pierre, recouvrez-la d'une autre pierre plate et ronde, et faites tournoyermeule. Mais si vous avez besoin de moudre de la farine pour tout un village, vous ne pouvez pas le faire uniquement avec un travail musculaire. Au début, les gens ont deviné d'attacher un animal de trait à la meule. L'âne a tiré la corde - la pierre a tourné. Alors, probablement, les gens ont pensé: « La rivière coule tout le temps, elle pousse toutes sortes de choses en aval. Pourquoi ne l'utilisons-nous pas pour de bon ? C'est ainsi que sont apparus les moulins à eau.
Roue, eau, vent
Bien sûr, les premiers ingénieurs qui ont construit ces structures ne savaient rien de la force de gravité, grâce à laquelle l'eau a toujours tendance à tomber, ni de la force de frottement ou de la tension superficielle. Mais ils ont vu: si vous placez une roue avec des pales sur un diamètre dans un ruisseau ou une rivière, non seulement elle tournera, mais elle pourra également faire un travail utile.
Mais même ce mécanisme était limité: il n'y a pas partout d'eau courante avec une force de courant suffisante. Alors les gens sont passés à autre chose. Ils ont construit des moulins alimentés par le vent.
Charbon, mazout, essence
Lorsque les scientifiques ont compris le principe de l'excitation de l'électricité, une tâche technique s'est imposée: l'obtenir à l'échelle industrielle. A cette époque (milieu du XIXe siècle) le monde était dans une fièvre de machines. Ils ont essayé de confier tout le travail difficile à la paire en expansion.
Mais seuls les combustibles fossiles, le charbon et le mazout, étaient capables de chauffer de grands volumes d'eau. Par conséquent, ces régions du monde riches en carbones anciens ont immédiatement attiré l'attention des investisseurs et des travailleurs. Et la redistribution des personnes a conduit à la révolution industrielle.
Hollande etTexas
Cependant, cet état de choses a eu un effet néfaste sur l'environnement. Et les scientifiques ont pensé: comment obtenir de l'énergie sans détruire la nature ? Sauvé bien oublié vieux. L'usine utilisait le couple pour effectuer directement des travaux mécaniques grossiers. Les turbines des centrales hydroélectriques font tourner les aimants.
Actuellement, l'électricité la plus propre provient de l'énergie éolienne. Les ingénieurs qui ont construit les premiers générateurs au Texas se sont inspirés de l'expérience des éoliennes hollandaises.
