Aujourd'hui, nous allons parler de l'expérience de Faraday, un physicien anglais, et de l'importance de l'induction électromagnétique dans le monde moderne.
Soleil, foudre, volcan
Les anciens adoraient l'incompréhensible. Nous parlons de l'époque où l'invention la plus avancée était la capacité de combiner un bâton et une pierre en un outil simple. Il n'y avait aucune explication pour la course quotidienne du Soleil, les phases de la Lune, les volcans, l'occurrence de la foudre et du tonnerre.
Avec les orages, l'humanité a un roman à part. Le feu a dissipé les ténèbres, donné un sentiment de sécurité, inspiré des découvertes. Et les scientifiques suggèrent que le premier feu contrôlé a été créé à partir de bois incendié par la foudre.
Marteau et Aimant
Un peu plus tard, les gens ont appris à utiliser la chaleur pour faire fondre le métal. Les premiers outils puissants sont apparus qui ont aidé à conquérir la nature environnante. En allant exclusivement par expérience, différents maîtres sont probablement tombés sur des incidents inhabituels et étranges. Par exemple, une pièce de fer pourrait se déplacer soudainement en présence d'une autre (magnétisme). Au XIXe siècle, ces phénomènes ont été expliqués par les expériences de Faraday (l'induction électromagnétique au sens moderne est apparue précisément à cette époque).
Sciences etrois
Le courant électrique est connu depuis longtemps. Ils savaient distinguer le fer du verre par la propriété de conduire les électrons au temps de Michel-Ange. Mais jusqu'au début du XIXe siècle, ce phénomène était considéré exclusivement comme un phénomène amusant. De plus, les scientifiques ont toujours été parrainés par un riche philanthrope - un comte, un duc ou un roi. Et l'argent investi, comme vous le savez, aurait dû rapporter. Ainsi, les physiciens et les chimistes devaient travailler de manière à ce que la puissance militaire du noble augmente, qu'il reçoive plus de profit ou qu'il jouisse d'un spectacle éclatant.
Certaines expériences ont été montrées aux invités comme un signe du pouvoir du propriétaire de l'argent. Galilée a nommé les lunes de Jupiter qu'il a découvertes en l'honneur de son patron, les Médicis. C'était donc avec l'électricité. Les expériences de Faraday ont confirmé expérimentalement l'induction électromagnétique. Mais avant lui, il y a eu les études d'Oersted.
Électrique ou magnétique ?
L'aimant (la partie principale de la boussole) a été utilisé par les marins qui ont découvert l'Amérique, l'Australie et le chemin de l'Inde. L'électricité était un plaisir intéressant. En 1820, le scientifique danois Hans Christian Oersted a prouvé le lien entre les propriétés magnétiques et électriques des conducteurs. Son expérience a été le précurseur de l'expérience de Faraday, du phénomène d'induction électromagnétique et de tout ce qui a suivi les découvertes de ces années.
Donc, Oersted a pris un conducteur linéaire (fil épais) et a placé une aiguille magnétique en dessous. Lorsque le scientifique a lancé le courant, les pôles de l'aimant se sont déplacés: la flèche était perpendiculaire au conducteur. Le physicien a répété l'expérience plusieurs fois,changé la géométrie de l'expérience et la direction du courant dans le conducteur. Le résultat était le même: la position des pôles de l'aiguille aimantée était toujours la même par rapport au vecteur de mouvement des électrons. Maintenant, cette expérience semble très simple et compréhensible. Mais la découverte a eu des conséquences considérables: Oersted a prouvé la relation directe entre les champs électriques et magnétiques.
Relation de propriété
Mais si le courant électrique pouvait affecter l'aimant, alors l'aimant pourrait faire bouger les électrons ? C'est ce que Faraday a essayé de prouver par l'expérience dont nous allons maintenant donner la description.
Le scientifique a enroulé le fil dans une spirale (bobine), y a connecté un dispositif de détection de courant et a apporté un aimant à la structure. L'aiguille du compteur clignota. L'expérience s'est avérée fructueuse. À l'avenir, Michael Faraday a appliqué diverses approches et a découvert: si au lieu d'un aimant, nous prenons une bobine et y excitons un courant, alors un courant apparaîtra également dans la bobine adjacente. L'interaction est encore plus efficace lorsqu'un noyau conducteur est inséré à l'intérieur des spires des deux hélices.
Loi de l'induction électromagnétique
La loi d'induction de Faraday pour un circuit fermé s'exprime par la formule: ε=-dΦ / dt.
Ici ε est la force électromotrice qui fait bouger les électrons dans le conducteur (en abrégé EMF), Φ est l'amplitude du flux magnétique qui traverse actuellement une zone donnée, et t est le temps.
Cette formule est différentielle. Cela signifie que la FEM doit être calculée pour toutes les petites périodes de temps en utilisant de petits morceaux de surface. MAISpour obtenir la force électromotrice totale, le résultat doit être additionné.
Le moins dans la formule est dû à la règle de Lenz. Il se lit comme suit: La force électromotrice d'induction est dirigée de sorte que le courant sous tension bloque le changement de direction du flux.
Il est assez facile d'expliquer cette règle avec un exemple: lorsque le courant dans la première bobine augmente, le courant dans la seconde augmente également; lorsque le courant dans la première bobine diminue, celui induit s'affaiblit également.
Appliquer la loi de Faraday
La vie moderne est inimaginable sans électricité. Dans Le jour où la Terre s'arrêta, le personnage de Keanu Reeves change le cours de l'histoire humaine en éteignant les générateurs. Nous ne parlerons pas des mécanismes de cet incident maintenant. La fiction laisse libre cours à l'imagination, mais ne décrit pas les possibilités. Mais les conséquences d'un tel phénomène seraient véritablement mondiales: de la destruction des infrastructures urbaines à la famine. Les humains devraient en fait reconstruire leur civilisation pour s'adapter à une existence sans électricité.
De nombreux auteurs de science-fiction exploitent l'intrigue d'une catastrophe mondiale. Outre la coupure de courant, les raisons d'un tel changement majeur sont:
- invasion étrangère;
- mauvaise expérience bactériologique;
- découverte accidentelle d'une loi physique qui modifie la structure de la matière (par exemple, glace-9);
- guerre nucléaire ou catastrophe;
- un saut évolutif de personnes (la nouvelle humanité n'a tout simplement pas besoin de technologie).
La recherche de sources d'énergie estdomaine distinct de l'activité humaine. Les gens utilisent l'énergie des ressources fossiles, l'eau, le vent, les vagues, la chaleur des eaux thermales souterraines et l'atome pour obtenir de l'électricité. Toutes les stations fonctionnent grâce au principe dont l'existence a été prouvée par Faraday dans ses expériences. De plus, le schéma de production d'électricité n'est pas trop différent de son expérience: une certaine force fait tourner un énorme aimant (rotor) et qui, à son tour, excite le courant dans les bobines.
Bien sûr, les gens ont trouvé un excellent matériau pour les noyaux, ont appris à fabriquer d'énormes bobines, à mieux isoler les couches d'enroulement les unes des autres. Mais en général, la civilisation moderne s'appuie sur l'expérience produite par Michael Faraday en août 1831.
