Ke Kānāwai o Faraday
Pengantar
ʻO ke kānāwai o Faraday no ka hoʻokomo electromagnetic he kumu nui ia i ka physics e wehewehe ana pehea e hiki ai i kahi kahua magnetic e loli nei ke hana i kahi au uila i loko o kahi alakaʻi. Ua ʻike ʻia e Michael Faraday i ka makahiki 1831, ʻo kēia kānāwai he pou koʻikoʻi o ka electromagnetism a he nui nā noi i ka ʻenehana hou, e like me nā mea hana uila a me nā mea hoʻololi. E wehewehe kēia ʻatikala i ke kumumanaʻo ma hope o ke kānāwai o Faraday, nā hoʻokolohua e kākoʻo ana iā ia, a me kāna mau noi hana like ʻole.
Kumumanaʻo Kumu
Ka Wehewehena o ke Kānāwai o Faraday
Ua ʻōlelo ke kānāwai o Faraday ʻo ka ikaika electromotive (EMF) i hoʻokomo ʻia i loko o kahi kaapuni pani e pili ana i ka wikiwiki o ka loli o ka flux magnetic ma o ke kaapuni. Ma ke ʻano makemakika, ua ʻōlelo ʻia kēia kānāwai penei:
\[ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} \]
Ma hea:
– ʻo \( \mathcal{E} \) ka EMF i hoʻokomo ʻia (ma volts),
– ʻO \( \Phi_B \) ka flux magnetic (ma nā webers),
– ʻO \( \frac{d\Phi_B}{dt} \) ka wikiwiki o ka loli o ka flux magnetic.
ʻO ka hōʻailona maikaʻi ʻole ma kēia kaulike mai ke Kānāwai o Lenz, kahi e ʻōlelo ai ʻo ke kuhikuhi o ka EMF i hoʻokomo ʻia e kūʻē mau ana i ka loli o ka flux magnetic e hoʻokumu ai.
Ka Flux Magnetic
ʻO ke kahe magnetic \( \Phi_B \) kahi ana o ka nui o ke kahua magnetic e hele ana ma kahi i hāʻawi ʻia. Ua wehewehe ʻia ke kahe magnetic penei:
\[ \Phi_B = B \cdot A \cdot \cos(\theta) \]
Ma hea:
– ʻO \( B \) ke kahua makeneka (ma tesla),
– ʻO \( A \) ka ʻāpana i hele ʻia e ke kahua makeneka (ma nā mika kuea),
– ʻO \( \theta \) ke kihi ma waena o ke kahua makeneka a me ka laina e kū pono ana i ka ʻāpana.
Ke Kānāwai o Lenz
Hāʻawi ke Kānāwai o Lenz i ke kuhikuhi o ka EMF i hoʻokomo ʻia a me ke au i loaʻa. Wahi a ke Kānāwai o Lenz, ʻo ke au i hoʻokomo ʻia i loko o kahi kaapuni e hana i kahi kahua magnetic e kūʻē i ka loli o ka flux magnetic i hoʻokumu ai. Ma ke ʻano makemakika, ua hōʻike ʻia kēia e ka hōʻailona maikaʻi ʻole ma ka hoʻohālikelike Kānāwai o Faraday.
Ka hoʻokolohua a Faraday
Ka ʻike ʻana o ka hoʻokomo uila
Ua hana ʻo Michael Faraday i kekahi mau hoʻokolohua i ka makahiki 1831 e aʻo i ka pilina ma waena o nā kahua magnetic a me nā au uila. ʻO kekahi o nā hoʻokolohua koʻikoʻi a Faraday e pili ana i kahi wili uea i hoʻopili ʻia i kahi galvanometer (kahi mea hana no ke ana ʻana i ke au uila) a me kahi magnet bar. Ua ʻike ʻo Faraday i ka wā e neʻe ʻia ai ka magnet bar i kahi a i ʻole mai ke coil, ua hoʻokomo ʻia kahi au uila i loko o ke coil, kahi i ʻike ʻia e ka galvanometer.
Nā ʻokoʻa hoʻokolohua
Ua hana pū ʻo Faraday i kahi ʻano like ʻole o kēia hoʻokolohua me ka hoʻohana ʻana i ʻelua mau wili uea i wili ʻia a puni kahi ʻiʻo hao. I ka wā i hoʻouna ʻia ai kahi au uila ma o ke wili mua (ka wili mua), ua hoʻoulu ke kahua magnetic hopena i kahi au uila ma ka wili ʻelua (ka wili lua). Ua hoʻoholo ʻo Faraday ʻo ke kahua magnetic e loli ana ma waena o nā wili ke kumu o ke au uila i hoʻoulu ʻia.
Ka Hoʻopili ʻana o ke Kānāwai o Faraday
Mea Hana Uila
ʻO kahi mea hana uila kekahi o nā noi nui o ke Kānāwai o Faraday. Hoʻololi nā mea hana i ka ikehu mechanical i ikehu uila ma o ke kumumanaʻo o ka induction electromagnetic. Ke wili kahi wili uea i loko o kahi kahua magnetic, ʻo ka loli magnetic flux ma waena o ka wili e hana i kahi emf, kahi e hoʻoulu ai i kahi au uila.
1. Mea Hana Hana AC (Alternating Current)
– Kumu Hana: Hoʻohana kahi mea hana AC i kahi kahua magnetic i hana ʻia e kahi magnet mau a i ʻole electromagnet. Ke wili kahi coil i loko o ke kahua magnetic, loli ke kahe magnetic ma waena o ke coil, e hana ana i kahi au alternating.
– Nā noi: Hoʻohana ʻia nā mea hana AC i nā mea kanu mana nui, nā turbine makani, a me nā mea hana lawe lima.
2. Mea Hana Mana DC (Direct Current)
– Kumu Hana: Hoʻohana ka mea hana DC i kahi commutator e hoʻololi i ke au hoʻololi i hoʻokomo ʻia i loko o ke coil i ke au pololei. ʻO ka commutator kahi mea hana mechanical e hōʻoia i ke kahe ʻana o ke au i hoʻokahi ʻaoʻao.
– Nā noi: Hoʻohana ʻia nā mea hana DC i nā noi e like me ka hoʻouka ʻana o ka pila, nā ʻōnaehana mana pilikia, a me nā noi ʻoihana.
Mea hoʻololi
He mea hana ka mea hoʻololi uila e hoʻololi i ke ana uila i loko o kahi ʻōnaehana hoʻolaha uila, ma muli o ke kumumanaʻo o ka hoʻokomo electromagnetic. Aia ka mea hoʻololi uila i ʻelua mau wili, kahi mua a me kahi lua, i ʻōwili ʻia a puni kahi ʻiwi hao.
– Kumu Hana: ʻO ke au uila e kahe ana ma o ka wili mua e hana i kahi kahe magnetic e hoʻoulu ai i kahi EMF i loko o ka wili lua. Ma ka hoʻololi ʻana i ka helu o nā huli i loko o nā wili mua a me nā wili lua, hiki ke hoʻonui ʻia a hoʻemi ʻia paha ke volta e like me ka mea e pono ai.
– Nā noi: Hoʻohana ʻia nā mea hoʻololi uila i nā ʻōnaehana hoʻolaha uila e hoʻonui a hoʻemi paha i ka uila uila, e hiki ai ke hoʻoili pono i ka uila mai nā mea kanu mana i nā mea kūʻai.
Hoʻouka Uea ʻole
ʻO ka hoʻouka uila ʻole kahi ʻenehana e hoʻohana ana i ke kumumanaʻo o ka induction electromagnetic e hoʻoili i ka ikehu me ka ʻole o nā kaula.
– Kumu Hana: Hoʻohana ka hoʻouka uila ʻole i ke kahua magnetic i hana ʻia e ka coil hoʻouka e hoʻoulu i kahi EMF i loko o ka coil loaʻa i hoʻopili ʻia i ka hāmeʻa e hoʻopiʻi ʻia. Hoʻopuka ke kahua magnetic e loli nei i kahi au uila i loko o ka coil loaʻa, kahi i hoʻohana ʻia e hoʻopiʻi i ka pila o ka hāmeʻa.
– Nā noi: Hoʻohana ʻia ka hoʻouka uila ʻole i nā polokalamu uila e like me nā kelepona akamai, nā uaki akamai, a me nā polokalamu lapaʻau lawe lima.
Nā hanana pili
1. Ka hopena o ke au Eddy
– Kumu Hana: ʻO nā au Eddy he mau au i hoʻokomo ʻia i loko o kahi alakaʻi e kahi kahua magnetic e loli nei. Hoʻopuka kēia mau au eddy i kahi kahua magnetic e kūʻē i ka loli o ka flux magnetic i hoʻokumu iā lākou.
– Nā noi: Hoʻohana ʻia ke au Eddy i nā paleki electromagnetic, ka ʻike ʻana i ka metala, a me ka hoʻāʻo ʻana ʻaʻole luku.
2. Ke kū'ē ʻana i ka magnet
– Kumu Hana: ʻO ka Magnetoresistance ka loli o ke kū'ē uila o kahi mea i hoʻokumu ʻia e kahi kahua magnetic waho. Hoʻohana ʻia kēia hanana i ka ʻenehana mālama ʻikepili a me nā mea ʻike magnetic.
– Nā noi: Hoʻohana ʻia ka Magnetoresistance i nā ʻōnaehana diski paʻakikī, nā mea ʻike wikiwiki, a me nā ʻōnaehana ʻike kūlana.
3. Ka hopena o Hall
– Kumu Hana: ʻO ka hopena Hall kahi hanana kahi e hana ai kahi kahua magnetic e kū pono ana i ke au uila i loko o kahi alakaʻi i kahi ʻokoʻa voltage ma waena o ke alakaʻi. Ua kapa ʻia kēia voltage ʻo ka voltage Hall.
– Nā Hoʻohana: Hoʻohana ʻia ka hopena Hall i nā mea ʻike Hall e ana i nā kahua magnetic, ka wikiwiki, a me ke kūlana.
Nā Noi ʻenehana holomua
ʻEnehana Lapaʻau: MRI (Magnetic Resonance Imaging)
He ʻenehana kiʻi lapaʻau ʻo MRI e hoʻohana ana i nā kahua magnetic a me nā nalu lekiō e hana i nā kiʻi kikoʻī o nā ʻano kūloko o ke kino kanaka.
– Pehea e Hana ai: Hoʻohana ʻo MRI i kahi kahua magnetic ikaika e hoʻonohonoho i nā protons i loko o ke kino. Ke hoʻā a pio ke kahua magnetic, hoʻopuka kēia mau protons i nā hōʻailona i hopu ʻia a hana ʻia i nā kiʻi e kahi kamepiula.
– Nā Hoʻohana: Hoʻohana ʻia ka MRI no ka ʻike ʻana i nā ʻano maʻi like ʻole, me nā puʻupuʻu, nā maʻi puʻuwai, a me nā maʻi neurological. ʻO ka pōmaikaʻi o MRI ʻo ia kona hiki ke hana i nā kiʻi kikoʻī loa me ka ʻole o ka hoʻohana ʻana i ka radiation ionizing.
Motika uila
ʻO nā motika uila kekahi o nā hoʻohana maʻamau o ke kānāwai o Faraday e hana ana ma ke kumumanaʻo o ka induction electromagnetic.
– Kumu Hana: Hana nā mīkini uila ma ke kahe ʻana o ke au uila ma o kahi ʻōwili i loko o kahi kahua magnetic, a laila e hana ana i kahi ikaika e hoʻohuli ai i ka ʻōwili.
– Nā Hoʻohana: Hoʻohana ʻia nā motika uila i nā ʻano mea like ʻole, mai nā mīkini hale a hiki i nā mīkini ʻoihana nui.
Ka hopena
ʻO ke kānāwai o Faraday no ka hoʻokomo electromagnetic he kumu nui ia i ka physics e wehewehe ana pehea e hiki ai i kahi kahua magnetic e loli nei ke hana i kahi au uila i loko o kahi alakaʻi. Ua ʻike ʻia e Michael Faraday i ka makahiki 1831, ua lilo kēia kānāwai i kumu o nā ʻenehana hou he nui, me nā mea hana uila, nā mea hoʻololi, a me ka ʻenehana uea ʻole. Ua hōʻike nā hoʻokolohua a Faraday i ka pilina ma waena o nā kahua magnetic a me ke au uila, kahi i wehewehe ʻia ma hope ma ke ʻano makemakika ʻo ke kānāwai o ka hoʻokomo electromagnetic.
He ākea nā noi o ke Kānāwai o Faraday, e uhi ana i nā kahua e like me ka hana uila, ka hoʻolaha ʻana, ka hoʻouka uila ʻole, ka ʻenehana lapaʻau, a me nā motika uila. ʻO nā hanana pili e like me ka hopena o ke au eddy, ka magnetoresistance, a me ka hopena Hall e hōʻike ana i ka mana ākea o ka hoʻokomo electromagnetic i ka ʻepekema a me ka ʻenehana. I ka holomua ʻana o ka ʻenehana a me ka noiʻi, e hoʻomau ka hoʻonui ʻana o nā noi o ke Kānāwai o Faraday, e wehe ana i ka puka i nā hana hou a ʻoi aku ka maikaʻi a me ka pono i ka wā e hiki mai ana.
