Bu gün biz ingilis fiziki Faradeyin təcrübəsindən və müasir dünyada elektromaqnit induksiyanın əhəmiyyətindən danışacağıq.
Günəş, ildırım, vulkan
Qədim insanlar anlaşılmazlara sitayiş edirdilər. Söhbət ən qabaqcıl ixtiranın çubuqla daşı birləşdirərək sadə alətə çevirmək qabiliyyətinin olduğu dövrlərdən gedir. Günəşin gündəlik gedişi, Ayın fazaları, vulkanlar, şimşək çaxması və ildırım çaxması ilə bağlı heç bir izahat yox idi.
Göy gurultusu ilə bəşəriyyətin ayrıca bir romanı var. Od qaranlığı dağıtdı, təhlükəsizlik hissi verdi, kəşfləri ruhlandırdı. Alimlər isə ilk idarə olunan yanğının ildırım vurması nəticəsində yandırılan odundan yarandığını irəli sürürlər.
Çəkic və Maqnit
Bir qədər sonra insanlar metal əritmək üçün istilikdən istifadə etməyi öyrəndilər. Ətrafdakı təbiəti fəth etməyə kömək edən ilk güclü alətlər meydana çıxdı. Yalnız təcrübə yolu ilə gedən müxtəlif ustalar, yəqin ki, qeyri-adi və qəribə hadisələrlə qarşılaşdılar. Məsələn, bir dəmir parçası digərinin (maqnetizm) iştirakı ilə qəfil hərəkət edə bilər. On doqquzuncu əsrdə bu hadisələr Faradeyin təcrübələri ilə izah olunurdu (müasir mənada elektromaqnit induksiyası məhz o zaman yaranıb).
Elm vəkrallar
Elektrik cərəyanı çoxdan məlumdur. Onlar Mikelancelonun dövründə dəmiri şüşədən elektron keçirmə xüsusiyyətinə görə ayırmağı bilirdilər. Lakin on doqquzuncu əsrin əvvəllərinə qədər bu fenomen yalnız gülməli bir hadisə kimi qəbul edildi. Bundan əlavə, elm adamlarına həmişə varlı bir xeyriyyəçi - qraf, hersoq və ya kral sponsorluq edirdi. Və yatırılan pul, bildiyiniz kimi, öz bəhrəsini verməli idi. Beləliklə, fiziklər və kimyaçılar elə işləməli idilər ki, zadəganların hərbi qüdrəti artsın, o, daha çox qazanc əldə etsin və ya parlaq tamaşadan həzz alsın.
Pul sahibinin qüdrətinin əlaməti olaraq qonaqlara bəzi təcrübələr göstərilib. Qaliley Yupiterin kəşf etdiyi peykləri himayədarı Mediçinin şərəfinə adlandırdı. Elektriklə belə oldu. Faradeyin təcrübələri elektromaqnit induksiyasını eksperimental olaraq təsdiqlədi. Lakin ondan əvvəl Oerstedin tədqiqatları var idi.
Elektrik yoxsa maqnit?
Maqnitdən (kompasın əsas hissəsi) Amerika, Avstraliya və Hindistana gedən yolu kəşf edən dənizçilər istifadə edirdilər. Elektrik maraqlı əyləncə idi. 1820-ci ildə Danimarka alimi Hans Kristian Oersted keçiricilərin maqnit və elektrik xassələri arasında əlaqəni sübut etdi. Onun təcrübəsi Faradeyin təcrübəsinin, elektromaqnit induksiyası fenomeninin və o illərin kəşflərindən irəli gələn hər şeyin sələfi idi.
Beləliklə, Oersted xətti keçirici (qalın məftil) götürüb onun altına maqnit iynəsi qoydu. Alim cərəyanı işə saldıqda maqnitin qütbləri dəyişdi: ox keçiriciyə perpendikulyar dayandı. Fizik təcrübəni dəfələrlə təkrarladı.eksperimentin həndəsəsini və keçiricidəki cərəyanın istiqamətini dəyişdi. Nəticə eyni idi: maqnit iynəsinin qütblərinin yeri elektronların hərəkət vektoruna münasibətdə həmişə eyni idi. İndi bu təcrübə çox sadə və başa düşülən görünür. Lakin kəşfin çox böyük nəticələri oldu: Oersted elektrik və maqnit sahələri arasında birbaşa əlaqə olduğunu sübut etdi.
Əmlak münasibətləri
Bəs əgər elektrik cərəyanı maqnitə təsir edə bilsəydi, onda maqnit elektronların hərəkətinə səbəb ola bilərdi? Faradeyin təcrübə ilə sübut etməyə çalışdığı budur, təsvirini indi verəcəyik.
Alim naqili spiralə (spiral) sardı, ona cərəyan təyin edən cihaz qoşdu və struktura maqnit gətirdi. Sayğac iynəsi titrədi. Təcrübə uğurlu oldu. Gələcəkdə Michael Faraday müxtəlif yanaşmalar tətbiq etdi və aşkar etdi: əgər bir maqnit əvəzinə bir bobin götürsək və içindəki cərəyanı həyəcanlandırırıqsa, o zaman bitişik bobində də bir cərəyan görünəcəkdir. Hər iki spiralın döngələrinə keçirici nüvə daxil edildikdə qarşılıqlı təsir daha da effektiv olur.
Elektromaqnit induksiya qanunu
Qapalı dövrə üçün Faradeyin induksiya qanunu düsturla ifadə edilir: ε=-dΦ / dt.
Burada ε elektronların keçiricidə hərəkət etməsinə səbəb olan elektrohərəkətverici qüvvədir (qısaldılmış EMF), Φ hazırda verilmiş ərazidən keçən maqnit axınının böyüklüyü, t isə vaxtdır.
Bu düstur diferensialdır. Bu o deməkdir ki, EMF kiçik sahələrdən istifadə edərək bütün kiçik dövrlər üçün hesablanmalıdır. AMMAümumi elektromotor qüvvəni əldə etmək üçün nəticə cəmlənməlidir.
Düsturdakı mənfi cəhət Lenz qaydası ilə bağlıdır. Oxuyur: İnduksiya emf elə istiqamətlənir ki, enerjili cərəyan axın istiqamətindəki dəyişikliyi bloklayır.
Bu qaydanı bir misalla izah etmək olduqca asandır: birinci bobindəki cərəyan artdıqda, ikincidəki cərəyan da artacaq; birinci bobindəki cərəyan azaldıqda, induksiya edilmiş olan da zəifləyəcək.
Faraday qanununun tətbiqi
Müasir həyatı elektrik enerjisi olmadan təsəvvür etmək mümkün deyil. “The Day the Earth Stood Still” filmində Keanu Rivzin personajı generatorları söndürməklə bəşər tarixinin gedişatını dəyişir. İndi bu hadisənin mexanizmləri haqqında danışmayacağıq. Bədii ədəbiyyat təxəyyülə sərbəstlik verir, lakin imkanları təsvir etmir. Ancaq belə bir fenomenin nəticələri həqiqətən qlobal olardı: şəhər infrastrukturunun məhv edilməsindən aclığa qədər. İnsanlar elektriksiz mövcudluğa uyğunlaşmaq üçün əslində öz sivilizasiyasını yenidən qurmalı olacaqlar.
Bir çox elmi fantastika müəllifləri qlobal fəlakətin süjetindən istifadə edirlər. Elektrik kəsilməsinə əlavə olaraq, belə böyük dəyişikliyin səbəbləri bunlardır:
- xarici işğal;
- yanlış bakterioloji təcrübə;
- maddənin quruluşunu dəyişən fiziki qanunun təsadüfən kəşfi (məsələn, buz-9);
- nüvə müharibəsi və ya fəlakət;
- insanların təkamül sıçrayışı (yeni bəşəriyyətin sadəcə texnologiyaya ehtiyacı yoxdur).
Enerji mənbələri axtarıninsan fəaliyyətinin ayrı bir sahəsi. İnsanlar elektrik enerjisi əldə etmək üçün fosil ehtiyatların enerjisindən, sudan, küləkdən, dalğalardan, yer altı termal suların istiliyindən və atomdan istifadə edirlər. Bütün stansiyalar Faradeyin öz təcrübələrində mövcudluğunu sübut etdiyi prinsip sayəsində işləyir. Üstəlik, elektrik enerjisi əldə etmək sxemi onun təcrübəsindən çox da fərqlənmir: müəyyən qüvvə nəhəng maqniti (rotoru) fırladır və bu da öz növbəsində bobinlərdə cərəyanı həyəcanlandırır.
Əlbəttə, insanlar özəklər üçün əla material tapdılar, nəhəng makaralar düzəltməyi, dolama təbəqələrini bir-birindən daha yaxşı təcrid etməyi öyrəndilər. Lakin ümumilikdə müasir sivilizasiya Maykl Faradeyin 1831-ci ilin avqustunda hazırladığı təcrübə üzərində dayanır.
