დღეს ვისაუბრებთ ინგლისელი ფიზიკოსის ფარადეის გამოცდილებაზე და ელექტრომაგნიტური ინდუქციის მნიშვნელობაზე თანამედროვე სამყაროში.
მზე, ელვა, ვულკანი
ძველი ხალხი თაყვანს სცემდა გაუგებარს. ჩვენ ვსაუბრობთ დროზე, როდესაც ყველაზე მოწინავე გამოგონება იყო ჯოხისა და ქვის უბრალო იარაღად გაერთიანების შესაძლებლობა. არ იყო ახსნა მზის ყოველდღიური მიმდინარეობა, მთვარის ფაზები, ვულკანები, ელვისა და ჭექა-ქუხილის გაჩენა.
ჭექა-ქუხილის დროს კაცობრიობას ცალკე რომანი აქვს. ცეცხლმა გააფანტა სიბნელე, მისცა უსაფრთხოების განცდა, შთააგონა აღმოჩენები. და მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ პირველი კონტროლირებადი ცეცხლი ელვისებური ცეცხლის შედეგად გაჩენილი ხისგან შეიქმნა.
ჩაქუჩი და მაგნიტი
ცოტა მოგვიანებით, ადამიანებმა ისწავლეს სითბოს გამოყენება ლითონის დნობისთვის. გამოჩნდა პირველი ძლიერი იარაღები, რომლებიც დაეხმარნენ მიმდებარე ბუნების დაპყრობას. ექსკლუზიურად ექსპერიმენტებით, სხვადასხვა ოსტატები ალბათ წააწყდნენ უჩვეულო და უცნაურ ინციდენტებს. მაგალითად, რკინის ერთი ნაჭერი შეიძლება მოულოდნელად გადავიდეს მეორის თანდასწრებით (მაგნეტიზმი). მეცხრამეტე საუკუნეში ეს ფენომენი აიხსნება ფარადეის ექსპერიმენტებით (ელექტრომაგნიტური ინდუქცია თანამედროვე გაგებით სწორედ მაშინ წარმოიშვა).
მეცნიერება დამეფეები
ელექტრო დენი დიდი ხანია ცნობილია. მიქელანჯელოს დროს მათ იცოდნენ, როგორ განასხვავონ რკინა მინისგან ელექტრონების გამტარობის თვისებით. მაგრამ მეცხრამეტე საუკუნის დასაწყისამდე ეს ფენომენი განიხილებოდა ექსკლუზიურად სასაცილო ფენომენად. გარდა ამისა, მეცნიერებს ყოველთვის აფინანსებდა მდიდარი ქველმოქმედი - გრაფი, ჰერცოგი ან მეფე. და ჩადებული ფული, როგორც მოგეხსენებათ, უნდა გამოსულიყო. ასე რომ, ფიზიკოსებს და ქიმიკოსებს ისე სჭირდებოდათ მუშაობა, რომ დიდგვაროვანის სამხედრო ძალა გაზრდილიყო, მეტი მოგება მიეღო ან კაშკაშა სანახაობით ტკბებოდა.
ზოგიერთი ექსპერიმენტი აჩვენეს სტუმრებს ფულის მფლობელის ძალაუფლების ნიშნად. გალილეომ დაასახელა იუპიტერის მთვარეები, რომლებიც მან აღმოაჩინა თავისი მფარველის, მედიჩის პატივსაცემად. ასე იყო ელექტროენერგიით. ფარადეის ექსპერიმენტებმა ექსპერიმენტულად დაადასტურა ელექტრომაგნიტური ინდუქცია. მაგრამ მანამდე იყო ოერსტედის კვლევები.
ელექტრო თუ მაგნიტური?
მაგნიტი (კომპასის ძირითადი ნაწილი) გამოიყენეს მეზღვაურებმა, რომლებმაც აღმოაჩინეს ამერიკა, ავსტრალია და ინდოეთისკენ მიმავალი გზა. ელექტროენერგია საინტერესო გართობა იყო. 1820 წელს დანიელმა მეცნიერმა ჰანს კრისტიან ოერსტედმა დაამტკიცა კავშირი გამტარების მაგნიტურ და ელექტრულ თვისებებს შორის. მისი ექსპერიმენტი იყო ფარადეის ექსპერიმენტის წინამორბედი, ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენი და ყველაფერი, რაც მოჰყვა იმ წლების აღმოჩენებს.
ასე რომ, ოერსტედმა აიღო ხაზოვანი გამტარი (სქელი მავთული) და მის ქვეშ მოათავსა მაგნიტური ნემსი. როდესაც მეცნიერმა დენი დაიწყო, მაგნიტის პოლუსები გადაინაცვლა: ისარი გამტარის პერპენდიკულარულად იდგა. ფიზიკოსმა რამდენჯერმე გაიმეორა ექსპერიმენტი,შეცვალა ექსპერიმენტის გეომეტრია და დენის მიმართულება გამტარში. შედეგი იგივე იყო: მაგნიტური ნემსის პოლუსების მდებარეობა ელექტრონების მოძრაობის ვექტორთან მიმართებაში ყოველთვის ერთნაირი იყო. ახლა ეს გამოცდილება ძალიან მარტივი და გასაგები ჩანს. მაგრამ აღმოჩენას შორსმიმავალი შედეგები მოჰყვა: ოერსტედმა დაამტკიცა პირდაპირი კავშირი ელექტრულ და მაგნიტურ ველებს შორის.
ქონებრივი ურთიერთობა
მაგრამ თუ ელექტრულ დენს შეეძლო გავლენა მოეხდინა მაგნიტზე, მაშინ მაგნიტს შეეძლო ელექტრონების მოძრაობა გამოეწვია? ეს არის ის, რისი დამტკიცებასაც ფარადეი ცდილობდა ექსპერიმენტით, რომლის აღწერასაც ახლა მივცემთ.
მეცნიერმა მავთული გადაჭრა სპირალში (სპირალში), დააკავშირა მას დენის ამომცნობი მოწყობილობა და მაგნიტი მიიტანა სტრუქტურაში. მრიცხველის ნემსი აკანკალდა. გამოცდილება წარმატებული აღმოჩნდა. სამომავლოდ მაიკლ ფარადეიმ გამოიყენა სხვადასხვა მიდგომა და გაარკვია: თუ მაგნიტის ნაცვლად ავიღებთ ერთ ხვეულს და მასში დენს აღვძრავთ, მაშინ დენი გაჩნდება მიმდებარე ხვეულშიც. ურთიერთქმედება კიდევ უფრო ეფექტურია, როდესაც გამტარი ბირთვი ჩასმულია ორივე ხვეულის შემობრუნების შიგნით.
ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი
ფარადეის ინდუქციის კანონი დახურული წრედისთვის გამოიხატება ფორმულით: ε=-dΦ / dt.
აქ ε არის ელექტრომამოძრავებელი ძალა, რომელიც იწვევს ელექტრონების მოძრაობას გამტარში (შემოკლებით EMF), Φ არის მაგნიტური ნაკადის სიდიდე, რომელიც ამჟამად გადის მოცემულ არეალში, და t არის დრო..
ეს ფორმულა დიფერენციალურია. ეს ნიშნავს, რომ EMF უნდა გამოითვალოს დროის ყველა მცირე მონაკვეთზე მცირე ფართობის გამოყენებით. მაგრამმთლიანი ელექტრომამოძრავებელი ძალის მისაღებად, შედეგი უნდა შეჯამდეს.
ფორმულაში მინუსი განპირობებულია ლენცის წესით. ის კითხულობს: ინდუქციური ემფ მიმართულია ისე, რომ ენერგიული დენი ბლოკავს დინების მიმართულების ცვლილებას.
ამ წესის ახსნა საკმაოდ მარტივია მაგალითით: როდესაც პირველ კოჭში დენი იზრდება, მეორეშიც გაიზრდება დენი; როდესაც პირველ ხვეულში დენი მცირდება, ინდუცირებულიც შესუსტდება.
ფარადეის კანონის გამოყენება
თანამედროვე ცხოვრება ელექტროენერგიის გარეშე წარმოუდგენელია. იმ დღეს, როდესაც დედამიწა გაჩერდა, კიანუ რივზის პერსონაჟი გენერატორების გამორთვით ცვლის კაცობრიობის ისტორიის მიმდინარეობას. ამ ინციდენტის მექანიზმებზე ახლა აღარ ვისაუბრებთ. მხატვრული ლიტერატურა თავისუფლებას აძლევს ფანტაზიას, მაგრამ არ აღწერს შესაძლებლობებს. მაგრამ ასეთი ფენომენის შედეგები ნამდვილად გლობალური იქნება: ურბანული ინფრასტრუქტურის განადგურებიდან შიმშილამდე. ადამიანებს რეალურად მოუწევთ აღადგინონ თავიანთი ცივილიზაცია, რათა მოერგოს არსებობას ელექტროენერგიის გარეშე.
ბევრი სამეცნიერო ფანტასტიკის ავტორი იყენებს გლობალური კატასტროფის შეთქმულებას. ელექტროენერგიის გათიშვის გარდა, ასეთი მნიშვნელოვანი ცვლილების მიზეზებია:
- უცხო შემოჭრა;
- არასწორი ბაქტერიოლოგიური ექსპერიმენტი;
- ფიზიკური კანონის შემთხვევითი აღმოჩენა, რომელიც ცვლის მატერიის სტრუქტურას (მაგალითად, ყინული-9);
- ბირთვული ომი ან კატასტროფა;
- ადამიანების ევოლუციური ნახტომი (ახალ კაცობრიობას უბრალოდ არ სჭირდება ტექნოლოგია).
ენერგიის წყაროების ძიება არისადამიანის საქმიანობის ცალკეული სფერო. ელექტროენერგიის მისაღებად ადამიანები იყენებენ წიაღისეული რესურსების, წყლის, ქარის, ტალღების, მიწისქვეშა თერმული წყლების სითბოს და ატომის ენერგიას. ყველა სადგური მუშაობს იმ პრინციპის წყალობით, რომლის არსებობაც ფარადეიმ თავის ექსპერიმენტებში დაამტკიცა. უფრო მეტიც, ელექტროენერგიის გამომუშავების სქემა არც თუ ისე განსხვავდება მისი ექსპერიმენტისგან: გარკვეული ძალა ბრუნავს უზარმაზარ მაგნიტს (როტორს) და ეს, თავის მხრივ, აღძრავს დენს კოჭებში.
რა თქმა უნდა, ადამიანებმა იპოვეს შესანიშნავი მასალა ბირთვებისთვის, ისწავლეს უზარმაზარი კოჭების დამზადება, დახვეული ფენების ერთმანეთისგან ბევრად უკეთ იზოლირება. მაგრამ ზოგადად, თანამედროვე ცივილიზაცია დგას მაიკლ ფარადეის მიერ 1831 წლის აგვისტოს გამოცდილებაზე.
