Faradayın Elektromaqnetizm Qanununun İzahı
Maykl Faradey elm tarixinin ən nüfuzlu alimlərindən biri idi. Bir sıra yaradıcı təcrübələr və yorulmaz həvəs sayəsində o, müasir elektromaqnetizmin təməlini təşkil edən anlayışları kəşf etdi. Onun əsas töhfələrindən biri ilk dəfə 1831-ci ildə təsvir edilən Faradey-in Elektromaqnit İnduksiya Qanunu idi. Bu qanun dəyişən maqnit sahəsinin keçiricidə elektrik cərəyanı yarada biləcəyini izah edir və bu prinsip bu gün istifadə etdiyimiz elektrik texnologiyalarının əksəriyyətinin əsasını təşkil edir.
Faraday qanununun əsas prinsipləri
Faraday qanununda deyilir ki, “qapalı dövrədə induksiya olunan elektromotor qüvvəsi (EMF) dövrədən keçən maqnit axınının dəyişmə sürəti ilə mütənasibdir”. Riyazi formada Faraday qanunu aşağıdakı kimi yazıla bilər:
\[ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} \]
Burada, \( \mathcal{E} \) (epsilon) induksiya edilmiş elektromotor qüvvədir (EMF), \( \Phi_B \) (phi-B) isə maqnit axınıdır. Bu tənlikdəki mənfi işarə, induksiya edilmiş EMF-in həmişə maqnit axınındakı dəyişikliyə qarşı çıxan şəkildə hərəkət etdiyini bildirən Lenz qanununun nəticəsidir.
Maqnit axını (\( \Phi_B \)) aşağıdakı kimi təyin olunur:
\[ \Phi_B = B \cdot A \cdot \cos(\theta) \]
burada \(B\) maqnit sahəsi, \(A\) maqnit sahəsinin keçdiyi səth sahəsi və \(\theta\) maqnit sahəsi ilə həmin səthə perpendikulyar olan xətt arasındakı bucaqdır.
Elektromaqnit İnduksiya Fenomeni
Faraday Qanununun praktikada necə işlədiyini anlamaq üçün bəzi klassik eksperimental ssenariləri təsəvvür edə bilərik. Bir nümunə solenoid və ya naqil rulonunun istifadəsini əhatə edir. Elektrik dövrəsini solenoidə qoşduqda, naqildən axan cərəyan maqnit sahəsi yaradır.
İndi təsəvvür edin ki, solenoidin içinə və xaricinə hərəkət edə biləcəyimiz bir maqnit var. Maqnit hərəkət etdikcə solenoidin içindəki maqnit sahəsi də dəyişir. Bu, naqil bobinindəki maqnit axınında dəyişiklik yaradır və bu da öz növbəsində bobin içində elektrik cərəyanı yaradır. Bu, Faraday qanununun necə işlədiyinin sadə bir nümunəsidir.
Faraday qanununun gündəlik həyatda tətbiqi
transformator
Faraday Qanununun ən çox yayılmış tətbiqlərindən biri elektrik transformatorudur. Transformator, elektromaqnit induksiyası vasitəsilə bir dövrənin gərginlik səviyyəsini digərinə dəyişdirən bir cihazdır. Transformator, ümumi dəmir nüvənin ətrafına sarılmış iki naqil rulonundan (birinci və ikinci dərəcəli) ibarətdir. Alternativ cərəyan birincil rulondan axdıqda, bu cərəyanın yaratdığı maqnit sahəsi də ikincil rulondan keçir. Bu dəyişən maqnit sahəsi ikincil rulonda elektrik cərəyanı yaradır. Bu prinsipdən istifadə edərək, gərginliyi lazım olduqda artıra və ya azalda bilərik.
Elektrik generatoru
Elektrik generatorları da Faraday qanununun birbaşa tətbiqidir. Generatorda mexaniki enerji elektrik enerjisinə çevrilir. Naqil və ya maqnit rulonları bir-birinə nisbətən hərəkət etdikdə, rulonlar arasında dəyişən maqnit axını elektrik cərəyanı yaradır. Elektrik generatorları su elektrik stansiyalarında, istilik elektrik stansiyalarında, nüvə elektrik stansiyalarında və ya digər elektrik stansiyalarında əsas komponentdir.
İnduksiyalı sobalarda induksiya
İnduksiyalı plitələr həmçinin Faraday qanununun prinsiplərindən istifadə edir. İnduksiyalı plitədə alternativ elektrik cərəyanı plitənin altında yerləşən naqil rulonundan keçir. Bu elektrik cərəyanı dəyişən maqnit sahəsi yaradır. Ferromaqnit tava plitənin üzərinə yerləşdirildikdə, dəyişən maqnit sahəsi tavanın dibində elektrik cərəyanları (burulğanlı cərəyanlar kimi tanınır) yaradır ki, bu da öz növbəsində tavanın materialının elektrik müqavimətinə görə istilik yaradır.
Lenz Qanunu və Enerjinin Qorunması
Daha əvvəl qeyd etmişdik ki, Faraday tənliyindəki mənfi işarə Lenz qanunundan qaynaqlanır. Lenz qanunu maqnit axınındakı dəyişikliyin yaratdığı cərəyanın həmişə onu yaradan dəyişikliyə qarşı çıxan bir maqnit sahəsi yaratdığını bildirir. Bu, enerjinin qorunması prinsipinin təzahürüdür.
Əgər Lenz Qanununu nəzərə almasaq, enerjinin heç nədən əmələ gəlməsi ilə nəticələnə bilər ki, bu da enerjinin qorunması qanununun açıq şəkildə pozulmasıdır. Cərəyan yaradan maqnit axınındakı dəyişikliyin həmişə ona səbəb olan dəyişikliyə qarşı işləməsini təmin etməklə, Lenz Qanunu sistemdə enerji balansını qoruyur.
Məsələn, bir maqniti solenoidə itələdikdə, bobin içindəki induksiyalı cərəyanın yaratdığı maqnit sahəsini dəf etmək üçün mexaniki səy göstərməliyik. Bu səy sadəcə itirilmir; sistem daxilində elektrik enerjisinə çevrilir. Əksinə, bir maqniti solenoiddən çıxardığımız zaman, maqniti induksiyalı maqnit sahəsinə qarşı çəkmək üçün də mexaniki səy göstərməliyik.
Faradayın əhəmiyyətli təcrübələri
Faradayın bir çox təcrübələri bu qanunları nümayiş etdirməkdə monumental idi. Belə təcrübələrdən biri güclü maqnitin qütbləri arasında fırlanan metal diskdən ibarət olan Faraday diski idi. Bu təcrübədə Faraday uğurla nümayiş etdirdi ki, maqnit və keçirici arasındakı nisbi hərəkət elektrik cərəyanı yaradır və bu da onu elektromaqnetizmdəki əsas təcrübələrdən birinə çevirir.
Təsir və Nəticələr
Faradeyin elektromaqnit induksiyasını kəşf etməsi təkcə elektrik texnologiyasının inkişafı üçün təməl qoymaqla yanaşı, həm də elektrik və maqnetizm arasındakı qarşılıqlı təsirin daha da başa düşülməsi üçün yol açdı. Faradeyin tədqiqatları sonradan elektrik, maqnetizm və işığı elektromaqnit nəzəriyyəsi kimi tanınan fundamental tənliklər toplusuna birləşdirən Maksvellin tənliklərini formalaşdıran Ceyms Klerk Maksvelə təsir göstərdi.
Bu nəzəriyyə, həmçinin rabitə texnologiyalarının inkişafına, o cümlədən Quqlielmo Markoni tərəfindən radionun ixtirasına böyük təsir göstərmiş və nəticədə smartfonlar, Wi-Fi və GPS kimi müasir simsiz texnologiyaların inkişafına imkan yaratmışdır.
Nəticə
Faradayın Elektromaqnit İnduksiya Qanunu fizika və elektrotexnikanın ən vacib təməllərindən biridir. Maqnitlərin və naqillərin sadə hərəkətindən tutmuş elektrik generatorlarında və transformatorlarında mürəkkəb tətbiqlərə qədər, 19-cu əsrdə Maykl Faraday tərəfindən kəşf edilmiş bu prinsip gündəlik həyatımıza böyük təsir göstərməyə davam edir. Bu qanunu anlamaq bizə nəinki bir çox müasir texnoloji cihazın işlədiyini anlamağa, həm də kainatın fundamental prinsiplərini daha dərindən anlamağa imkan verir.
