วันนี้เราจะพูดถึงประสบการณ์ของฟาราเดย์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ และความสำคัญของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในโลกสมัยใหม่
พระอาทิตย์ ฟ้าผ่า ภูเขาไฟ
คนโบราณบูชาสิ่งที่เข้าใจยาก เรากำลังพูดถึงเวลาที่การประดิษฐ์ขั้นสูงที่สุดคือความสามารถในการรวมไม้และหินเป็นเครื่องมือง่ายๆ ไม่มีคำอธิบายสำหรับเส้นทางประจำวันของดวงอาทิตย์ ระยะของดวงจันทร์ ภูเขาไฟ การเกิดฟ้าผ่าและฟ้าร้อง
พายุฝนฟ้าคะนอง มนุษยชาติมีนวนิยายแยกต่างหาก ไฟปัดเป่าความมืด ให้ความรู้สึกปลอดภัย เป็นแรงบันดาลใจให้ค้นพบ และนักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าไฟควบคุมครั้งแรกนั้นสร้างจากไม้ที่ติดไฟด้วยสายฟ้า
ค้อนกับแม่เหล็ก
หลังจากนั้นไม่นาน ผู้คนก็เรียนรู้การใช้ความร้อนเพื่อหลอมโลหะ เครื่องมือที่แข็งแกร่งชิ้นแรกปรากฏขึ้นซึ่งช่วยในการพิชิตธรรมชาติโดยรอบ ด้วยการทดลองเพียงอย่างเดียว ผู้เชี่ยวชาญหลายคนอาจสะดุดกับเหตุการณ์ที่ไม่ปกติและแปลกประหลาด ตัวอย่างเช่น เหล็กชิ้นหนึ่งสามารถเคลื่อนที่ไปต่อหน้าอีกอันหนึ่ง (แม่เหล็ก) ได้ในทันที ในศตวรรษที่สิบเก้า ปรากฏการณ์เหล่านี้อธิบายได้โดยการทดลองของฟาราเดย์ (การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในความหมายสมัยใหม่เกิดขึ้นอย่างแม่นยำในขณะนั้น)
วิทยาศาสตร์กับราชา
กระแสไฟฟ้าเป็นที่รู้กันมานาน พวกเขารู้วิธีแยกแยะเหล็กจากแก้วด้วยคุณสมบัติการนำไฟฟ้าในสมัยของมีเกลันเจโล แต่จนถึงต้นศตวรรษที่สิบเก้าปรากฏการณ์นี้ถือเป็นปรากฏการณ์ตลกเท่านั้น นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังได้รับการสนับสนุนจากผู้ใจบุญผู้มั่งคั่ง ไม่ว่าจะเป็นเคานต์ ดยุค หรือราชา และเงินที่ลงทุนไปอย่างที่คุณรู้ควรจะจ่ายออกไป ดังนั้นนักฟิสิกส์และนักเคมีจึงต้องทำงานในลักษณะที่อำนาจทางทหารของขุนนางเพิ่มขึ้น เขาได้รับผลกำไรมากขึ้นหรือเพลิดเพลินกับภาพที่สดใส
การทดลองบางอย่างถูกแสดงให้แขกเห็นเป็นสัญญาณของอำนาจของเจ้าของเงิน กาลิเลโอตั้งชื่อดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีที่เขาค้นพบเพื่อเป็นเกียรติแก่เมดิชิผู้อุปถัมภ์ของเขา ดังนั้นมันจึงเป็นไฟฟ้า การทดลองของฟาราเดย์ยืนยันการทดลองการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ก่อนหน้าเขา มีการศึกษาของเออร์สเต็ด
ไฟฟ้าหรือแม่เหล็ก
แม่เหล็ก (ส่วนหลักของเข็มทิศ) ถูกใช้โดยลูกเรือที่ค้นพบอเมริกา ออสเตรเลีย และทางไปอินเดีย การไฟฟ้าเป็นเรื่องสนุกที่น่าสนใจ ในปี ค.ศ. 1820 นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Hans Christian Oersted ได้พิสูจน์ความเชื่อมโยงระหว่างคุณสมบัติทางแม่เหล็กและทางไฟฟ้าของตัวนำ การทดลองของเขาเป็นจุดเริ่มต้นของการทดลองของฟาราเดย์ ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และทุกสิ่งที่ตามมาจากการค้นพบในปีนั้น
ดังนั้น Oersted จึงนำตัวนำเชิงเส้น (เส้นหนา) มาวางใต้เข็มแม่เหล็ก เมื่อนักวิทยาศาสตร์เริ่มกระแส ขั้วของแม่เหล็กขยับ: ลูกศรตั้งฉากกับตัวนำ นักฟิสิกส์ทำการทดลองซ้ำหลายครั้งเปลี่ยนเรขาคณิตของการทดลองและทิศทางของกระแสในตัวนำ ผลลัพธ์ก็เหมือนกัน: ตำแหน่งของขั้วของเข็มแม่เหล็กจะเหมือนกันเสมอเมื่อเทียบกับเวกเตอร์ของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ตอนนี้ประสบการณ์นี้ดูเรียบง่ายและเข้าใจได้ง่ายมาก แต่การค้นพบนี้ส่งผลกระทบในวงกว้าง: Oersted ได้พิสูจน์ความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก
ความสัมพันธ์ทรัพย์สิน
แต่ถ้ากระแสไฟไปกระทบกับแม่เหล็กได้ แม่เหล็กก็จะทำให้อิเล็คตรอนเคลื่อนที่ได้? นี่คือสิ่งที่ฟาราเดย์พยายามพิสูจน์โดยการทดลอง ซึ่งเป็นคำอธิบายที่เราจะให้ในตอนนี้
นักวิทยาศาสตร์พันลวดเป็นเกลียว (ขดลวด) เชื่อมต่ออุปกรณ์ตรวจจับกระแสเข้ากับมันและนำแม่เหล็กไปที่โครงสร้าง เข็มมิเตอร์กะพริบ ประสบการณ์ก็ประสบผลสำเร็จ ในอนาคต Michael Faraday ใช้วิธีการต่างๆ และพบว่า: หากแทนที่จะเป็นแม่เหล็ก เราเอาขดลวดหนึ่งอันและกระตุ้นกระแสในนั้น กระแสไฟฟ้าก็จะปรากฏในขดลวดที่อยู่ติดกันด้วย ปฏิสัมพันธ์จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อใส่แกนนำไฟฟ้าเข้าไปในเกลียวทั้งสองข้าง
กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์สำหรับวงจรปิดแสดงโดยสูตร: ε=-dΦ / dt.
ที่นี่ ε คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในตัวนำ (ย่อมาจาก EMF) Φ คือขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านพื้นที่ที่กำหนด และ t คือเวลา
สูตรนี้ดิฟเฟอเรนเชียล ซึ่งหมายความว่า EMF ควรคำนวณสำหรับช่วงเวลาเล็กๆ ทั้งหมดโดยใช้พื้นที่เล็กๆ แต่เพื่อให้ได้แรงเคลื่อนไฟฟ้าทั้งหมด จะต้องรวมผลลัพธ์
ลบในสูตรเกิดจากกฎของเลนซ์ มันอ่านว่า: แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำถูกชี้นำเพื่อให้กระแสที่มีพลังงานบล็อกการเปลี่ยนแปลงในทิศทางการไหล
มันค่อนข้างง่ายที่จะอธิบายกฎนี้ด้วยตัวอย่าง: เมื่อกระแสในขดลวดแรกเพิ่มขึ้น กระแสในขดลวดที่สองก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อกระแสในขดลวดแรกลดลง ขดลวดเหนี่ยวนำก็จะอ่อนลงด้วย
ใช้กฎของฟาราเดย์
ชีวิตสมัยใหม่เป็นไปไม่ได้หากไม่มีไฟฟ้า ในวันที่โลกยังคงนิ่ง ตัวละครของคีอานู รีฟส์เปลี่ยนวิถีประวัติศาสตร์ของมนุษย์ด้วยการปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เราจะไม่พูดถึงกลไกของเหตุการณ์นี้ในตอนนี้ นิยายช่วยให้จินตนาการเป็นอิสระ แต่ไม่ได้อธิบายถึงความเป็นไปได้ แต่ผลที่ตามมาของปรากฏการณ์ดังกล่าวจะเป็นไปทั่วโลกอย่างแท้จริง ตั้งแต่การทำลายโครงสร้างพื้นฐานในเมืองไปจนถึงความอดอยาก มนุษย์จะต้องสร้างอารยธรรมขึ้นมาใหม่เพื่อปรับตัวให้เข้ากับการดำรงอยู่โดยไม่มีไฟฟ้า
นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์หลายคนใช้ประโยชน์จากพล็อตเรื่องภัยพิบัติระดับโลก นอกจากการตัดไฟแล้ว สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ดังกล่าวได้แก่:
- ต่างประเทศบุก;
- การทดลองทางแบคทีเรียที่ไม่ถูกต้อง
- การค้นพบกฎทางกายภาพโดยบังเอิญที่เปลี่ยนโครงสร้างของสสาร (เช่น น้ำแข็ง-9);
- สงครามนิวเคลียร์หรือภัยพิบัติ
- วิวัฒนาการแบบก้าวกระโดดของผู้คน (มนุษย์ยุคใหม่ไม่ต้องการเทคโนโลยี)
ค้นหาแหล่งพลังงานพื้นที่แยกกิจกรรมของมนุษย์ ผู้คนใช้พลังงานจากแหล่งฟอสซิล น้ำ ลม คลื่น ความร้อนจากน้ำร้อนใต้ดิน และอะตอมเพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้า ทุกสถานีทำงานด้วยหลักการซึ่งพิสูจน์โดยฟาราเดย์ในการทดลองของเขา นอกจากนี้ รูปแบบการผลิตไฟฟ้าไม่ได้แตกต่างจากการทดลองของเขามากเกินไป: แรงบางอย่างหมุนแม่เหล็กขนาดใหญ่ (โรเตอร์) และในทางกลับกันก็กระตุ้นกระแสในขดลวด
แน่นอน ผู้คนพบวัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับแกน เรียนรู้วิธีการทำหลอดขนาดใหญ่ แยกชั้นที่คดเคี้ยวออกจากกันได้ดีขึ้นมาก แต่โดยทั่วไปแล้ว อารยธรรมสมัยใหม่ตั้งอยู่บนประสบการณ์ที่สร้างโดย Michael Faraday ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2374