Útlis fan Faraday's wet fan elektromagnetisme
Michael Faraday wie ien fan 'e meast ynfloedrike wittenskippers yn 'e skiednis fan 'e wittenskip. Troch in searje kreative eksperiminten en ûnfermoeibere entûsjasme ûntduts hy de konsepten dy't de basis waarden fan it moderne elektromagnetisme. Ien fan syn wichtichste bydragen wie Faraday's Wet fan Elektromagnetyske Ynduksje , dy't foar it earst beskreaun waard yn 1831. Dizze wet ferklearret hoe't in feroarjend magnetysk fjild in elektryske stroom yn in geleider produsearje kin, in prinsipe dat de basis is foar in grut part fan 'e elektryske technology dy't wy hjoed de dei brûke.
Basisprinsipes fan 'e wet fan Faraday
De wet fan Faraday stelt dat "de elektromotoryske krêft (emf) dy't yn in sletten sirkwy ynducearre wurdt evenredich is mei de feroaringssnelheid fan 'e magnetyske flux troch it sirkwy." Yn wiskundige foarm kin de wet fan Faraday skreaun wurde as:
\[ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} \]
Hjir is \( \mathcal{E} \) (epsilon) de ynducearre elektromotoryske krêft (emf), en \( \Phi_B \) (phi-B) is de magnetyske flux. It negative teken yn dizze fergeliking is in gefolch fan 'e wet fan Lenz, dy't stelt dat de ynducearre emf altyd op in manier hannelet dy't de feroaring yn magnetyske flux tsjinwurket.
Magnetyske flux (\( \Phi_B \)) wurdt definiearre as:
\[ \Phi_B = B \cdot A \cdot \cos(\theta) \]
wêrby't (B) it magnetyske fjild is , (A) it oerflak dêr't it magnetyske fjild trochhinne giet, en (theta) de hoeke is tusken it magnetyske fjild en in line dy't loodrecht op it oerflak stiet.
Elektromagnetysk ynduksjeferskynsel
Om te begripen hoe't de wet fan Faraday yn 'e praktyk wurket, kinne wy ús wat klassike eksperimintele senario's foarstelle. Ien foarbyld giet oer it brûken fan in solenoïde, of in spoel fan tried. As wy in elektrysk sirkwy ferbine mei de solenoïde, produseart de stroom dy't troch de tried streamt in magnetysk fjild.
Stel jo no foar dat wy in magneet hawwe dy't wy yn en út in solenoïde kinne bewege. As de magneet beweecht, feroaret it magnetyske fjild yn 'e solenoïde ek. Dit feroarsaket in feroaring yn 'e magnetyske flux oer de triedspoel, wat op syn beurt in elektryske stroom yn 'e spoel ynducearret. Dit is in ienfâldige yllustraasje fan hoe't de wet fan Faraday wurket.
Tapassing fan 'e wet fan Faraday yn it deistich libben
transformator
Ien fan 'e meast foarkommende tapassingen fan 'e wet fan Faraday is de elektryske transformator. In transformator is in apparaat dat it spanningsnivo fan it iene sirkwy nei it oare feroaret troch elektromagnetyske ynduksje. In transformator bestiet út twa triedspoelen (primêr en sekundêr) dy't om in mienskiplike izeren kearn wûn binne. As in wikselstroom troch de primêre spoel streamt, streamt it magnetyske fjild dat troch dizze stroom generearre wurdt ek troch de sekundêre spoel. Dit feroarjende magnetyske fjild ynducearret in elektryske stroom yn 'e sekundêre spoel. Mei dit prinsipe kinne wy de spanning ferheegje of ferminderje as nedich.
Elektryske generator
Elektryske generators binne ek in direkte tapassing fan 'e wet fan Faraday. Yn in generator wurdt meganyske enerzjy omset yn elektryske enerzjy. As triedspoelen of magneten relatyf oan elkoar bewege, produseart de feroarjende magnetyske flux oer de spoelen in elektryske stroom. Elektryske generators binne in kaaikomponint yn enerzjysintrales, of it no wetterkrêftsintrales, termyske, kearnsintrales of oare enerzjysintrales binne.
Ynduksje op ynduksjekookplaten
Ynduksjekookplaten brûke ek de prinsipes fan 'e wet fan Faraday. Yn in ynduksjekookplaat streamt in wikseljende elektryske stroom troch in triedspoel dy't ûnder de kookplaat leit. Dizze elektryske stroom produseart in feroarjend magnetysk fjild. As in ferromagnetyske panne op 'e kookplaat pleatst wurdt, feroarsaket it feroarjende magnetyske fjild elektryske streamingen (bekend as wervelstreamen) yn 'e boaiem fan' e panne, dy't op har beurt waarmte generearje fanwegen de elektryske wjerstân fan it materiaal fan 'e panne.
De wet fan Lenz en it behâld fan enerzjy
Wy neamden earder dat it negative teken yn 'e fergeliking fan Faraday ôfkomstich is fan 'e wet fan Lenz. De wet fan Lenz stelt dat in stroom dy't feroarsake wurdt troch in feroaring yn magnetyske flux altyd in magnetysk fjild produseart dat de feroaring dy't it feroarsake hat, tsjinwurket. Dit is in manifestaasje fan it prinsipe fan behâld fan enerzjy.
As wy de wet fan Lenz net yn oerweging nimme, kinne wy úteinlik enerzjy út it neat produsearje, in dúdlike oertreding fan 'e wet fan behâld fan enerzjy. Troch derfoar te soargjen dat de feroaring yn magnetyske flux dy't in stroom produseart altyd wurk docht om de feroaring dy't it feroarsake hat tsjin te gean, hâldt de wet fan Lenz de enerzjybalâns yn it systeem yn stân.
Bygelyks, as wy in magneet yn in solenoïde drukke, moatte wy meganyske ynspanning útoefenje om it magnetyske fjild te oerwinnen dat ûntstiet troch de ynducearre stroom yn 'e spoel. Dizze ynspanning giet net gewoan ferlern; it wurdt omset yn elektryske enerzjy binnen it systeem. Omkeard, as wy in magneet út in solenoïde lûke, hawwe wy ek meganyske ynspanning nedich om de magneet tsjin it ynducearre magnetyske fjild te lûken.
Faraday syn wichtige eksperiminten
In protte fan Faraday syn eksperiminten wiene monumintaal yn it demonstrearjen fan dizze wetten. Ien sa'n eksperimint wie de Faraday-skiif, dy't bestie út in metalen skiif dy't tusken de poalen fan in sterke magneet draaide. Yn dit eksperimint demonstrearre Faraday mei súkses dat de relative beweging tusken in magneet en in geleider in elektryske stroom ynducearret, wêrtroch it ien fan 'e wichtichste eksperiminten yn elektromagnetisme is.
Ynfloed en ymplikaasjes
Faraday syn ûntdekking fan elektromagnetyske ynduksje lei net allinnich de basis foar de ûntwikkeling fan elektryske technology, mar effene ek de wei foar fierder begryp fan 'e ynteraksje tusken elektrisiteit en magnetisme. Faraday syn ûndersyk beynfloede James Clerk Maxwell, dy't letter de fergelikingen fan Maxwell formulearre, wêrby't elektrisiteit, magnetisme en ljocht kombinearre waarden ta in fûnemintele set fergelikingen, bekend as elektromagnetyske teory.
Dizze teory hie ek grutte gefolgen foar de ûntwikkeling fan kommunikaasjetechnology , ynklusyf de útfining fan radio troch Guglielmo Marconi, en makke úteinlik de ûntwikkeling fan moderne draadloze technologyen lykas smartphones, Wi-Fi en GPS mooglik.
Konklúzje
De wet fan Faraday oer elektromagnetyske ynduksje is ien fan 'e wichtichste fûneminten fan natuerkunde en elektrotechnyk. Fan 'e ienfâldige beweging fan magneten en triedspoelen oant komplekse tapassingen yn elektryske generators en transformators, dit prinsipe, ûntdutsen troch Michael Faraday yn 'e 19e iuw, bliuwt in enoarme ynfloed hawwe op ús deistich libben. It begripen fan dizze wet lit ús net allinich begripe hoe't in protte moderne technologyske apparaten wurkje, mar liedt ek ta in djipper begryp fan 'e fûnemintele prinsipes fan it universum.
