Sot do të flasim për përvojën e Faraday, një fizikan anglez, dhe rëndësinë e induksionit elektromagnetik në botën moderne.
Dielli, rrufeja, vullkani
Njerëzit e lashtë adhuronin të pakuptueshmen. Po flasim për kohët kur shpikja më e avancuar ishte aftësia për të kombinuar një shkop dhe një gur në një mjet të thjeshtë. Nuk kishte asnjë shpjegim për rrjedhën e përditshme të Diellit, fazat e Hënës, vullkanet, shfaqjen e vetëtimave dhe bubullimave.
Me stuhitë, njerëzimi ka një roman të veçantë. Zjarri shpërndau errësirën, dha një ndjenjë sigurie, frymëzoi zbulime. Dhe shkencëtarët sugjerojnë se zjarri i parë i kontrolluar u krijua nga druri i djegur nga rrufeja.
Çekiçi dhe magnet
Pak më vonë, njerëzit mësuan të përdorin nxehtësinë për të shkrirë metalin. U shfaqën mjetet e para të forta që ndihmuan për të pushtuar natyrën përreth. Duke shkuar ekskluzivisht me eksperiment, mjeshtra të ndryshëm ndoshta kanë hasur në incidente të pazakonta dhe të çuditshme. Për shembull, një copë hekuri mund të lëvizë papritur në prani të një tjetre (magnetizëm). Në shekullin e nëntëmbëdhjetë, këto dukuri u shpjeguan nga eksperimentet e Faradeit (induksioni elektromagnetik në kuptimin modern lindi pikërisht atëherë).
Shkenca dhembretërit
Rryma elektrike është e njohur për një kohë të gjatë. Ata dinin të dallonin hekurin nga qelqi me vetinë e përcjelljes së elektroneve në kohën e Mikelanxhelos. Por deri në fillim të shekullit të nëntëmbëdhjetë, ky fenomen konsiderohej ekskluzivisht si një fenomen qesharak. Përveç kësaj, shkencëtarët janë sponsorizuar gjithmonë nga një filantrop i pasur - një kont, dukë ose mbret. Dhe paratë e investuara, siç e dini, duhet të ishin paguar. Kështu që fizikanët dhe kimistët duhej të punonin në atë mënyrë që fuqia ushtarake e fisnikut të rritej, ai të merrte më shumë fitime ose të shijonte një spektakël të ndritshëm.
Disa eksperimente iu treguan të ftuarve si shenjë e fuqisë së pronarit të parave. Galileo i emëroi hënat e Jupiterit që ai zbuloi për nder të mbrojtësit të tij, Medici. Kështu ishte me energjinë elektrike. Eksperimentet e Faradeit konfirmuan eksperimentalisht induksionin elektromagnetik. Por para tij, kishte studime të Oersted.
Elektrike apo magnetike?
Maneti (pjesa kryesore e busullës) u përdor nga marinarët që zbuluan Amerikën, Australinë dhe rrugën për në Indi. Energjia elektrike ishte argëtim interesant. Në 1820, shkencëtari danez Hans Christian Oersted vërtetoi lidhjen midis vetive magnetike dhe elektrike të përçuesve. Eksperimenti i tij ishte pararendës i eksperimentit të Faradeit, fenomeni i induksionit elektromagnetik dhe gjithçka që pasoi nga zbulimet e atyre viteve.
Pra, Oersted mori një përcjellës linear (tel i trashë) dhe vendosi një gjilpërë magnetike nën të. Kur shkencëtari filloi rrymën, polet e magnetit u zhvendosën: shigjeta qëndronte pingul me përcjellësin. Fizikani e përsëriti eksperimentin shumë herë,ndryshoi gjeometrinë e eksperimentit dhe drejtimin e rrymës në përcjellës. Rezultati ishte i njëjtë: vendndodhja e poleve të gjilpërës magnetike ishte gjithmonë e njëjtë në lidhje me vektorin e lëvizjes së elektroneve. Tani kjo përvojë duket shumë e thjeshtë dhe e kuptueshme. Por zbulimi pati pasoja të gjera: Oersted vërtetoi lidhjen e drejtpërdrejtë midis fushave elektrike dhe magnetike.
Marrëdhënia pronësore
Por nëse rryma elektrike ishte në gjendje të ndikojë në magnet, atëherë magneti mund të bëjë që elektronet të lëvizin? Kjo është ajo që Faraday u përpoq të vërtetonte me eksperimentin, përshkrimin e të cilit do ta japim tani.
Shkencëtari e mbylli telin në një spirale (spiral), lidhi me të një pajisje për zbulimin e rrymës dhe solli një magnet në strukturë. Gjilpëra e njehsorit dridhej. Përvoja doli të jetë e suksesshme. Në të ardhmen, Michael Faraday aplikoi qasje të ndryshme dhe zbuloi: nëse në vend të një magneti marrim një spirale dhe ngacmojmë një rrymë në të, atëherë një rrymë do të shfaqet edhe në spiralen ngjitur. Ndërveprimi është edhe më efektiv kur një bërthamë përçuese futet brenda kthesave të të dy helikave.
Ligji i induksionit elektromagnetik
Ligji i induksionit të Faradeit për një qark të mbyllur shprehet me formulën: ε=-dΦ / dt.
Këtu ε është forca elektromotore që bën që elektronet të lëvizin në përcjellës (shkurtuar si EMF), Φ është madhësia e fluksit magnetik që aktualisht po kalon nëpër një zonë të caktuar dhe t është koha.
Kjo formulë është diferenciale. Kjo do të thotë që EMF duhet të llogaritet për të gjitha periudhat e vogla kohore duke përdorur pjesë të vogla të zonës. PORpër të marrë forcën totale elektromotore, rezultati duhet të përmblidhet.
Minusi në formulë është për shkak të rregullit të Lenz-it. Ai lexon: Emf i induksionit drejtohet në mënyrë që rryma e energjizuar të bllokojë ndryshimin në drejtimin e rrjedhës.
Është mjaft e lehtë të shpjegohet ky rregull me një shembull: kur rryma në spiralen e parë rritet, rryma në të dytën gjithashtu do të rritet; kur rryma në spiralen e parë zvogëlohet, ajo e induktuar gjithashtu do të dobësohet.
Zbatimi i ligjit të Faradeit
Jeta moderne është e paimagjinueshme pa energji elektrike. Në Ditën që Toka u ndal, personazhi i Keanu Reeves ndryshon rrjedhën e historisë njerëzore duke fikur gjeneratorët. Nuk do të flasim tani për mekanizmat e këtij incidenti. Fiksi i jep liri imagjinatës, por nuk përshkruan mundësitë. Por pasojat e një fenomeni të tillë do të ishin vërtet globale: nga shkatërrimi i infrastrukturës urbane te zia e bukës. Njerëzit do të duhej të rindërtonin qytetërimin e tyre për t'u përshtatur me një ekzistencë pa energji elektrike.
Shumë autorë të trillimeve shkencore shfrytëzojnë komplotin e një katastrofe globale. Përveç ndërprerjes së energjisë, arsyet për një ndryshim kaq të madh janë:
- pushtim i huaj;
- eksperiment i gabuar bakteriologjik;
- zbulim aksidental i një ligji fizik që ndryshon strukturën e materies (për shembull, akulli-9);
- luftë bërthamore ose katastrofë;
- një kërcim evolucionar i njerëzve (njerëzimi i ri thjesht nuk ka nevojë për teknologji).
Kërkimi për burimet e energjisë ështëfushë e veçantë e veprimtarisë njerëzore. Njerëzit përdorin energjinë e burimeve fosile, ujin, erën, valët, nxehtësinë e ujërave termale nëntokësore dhe atomin për të marrë energji elektrike. Të gjitha stacionet funksionojnë falë parimit, ekzistenca e të cilit u vërtetua nga Faraday në eksperimentet e tij. Për më tepër, skema e gjenerimit të energjisë elektrike nuk është shumë e ndryshme nga eksperimenti i tij: një forcë e caktuar rrotullon një magnet të madh (rotor), dhe ai, nga ana tjetër, ngacmon rrymën në mbështjellje.
Sigurisht, njerëzit gjetën një material të shkëlqyer për bërthamat, mësuan se si të bënin bobina të mëdha, të izolonin shtresat dredha-dredha nga njëra-tjetra shumë më mirë. Por në përgjithësi, qytetërimi modern qëndron në përvojën e prodhuar nga Michael Faraday në gusht 1831.
