Ka wehewehe ʻana i ke kānāwai electromagnetic a Faraday
ʻO Michael Faraday, kekahi o nā kānaka ʻepekema hoʻokolohua nui loa o ke kenekulia 19, ua hāʻawi i nā makana he nui i ke kahua o ka electromagnetism, e hoʻololi nui ana i ko mākou ʻike i ka pilina ma waena o ka uila a me ka magnetism. Ma waena o kāna mau ʻike he nui, ʻo ke kānāwai o Faraday no ka Electromagnetic Induction ke kū nei ma ke ʻano he kihi o ka electromagnetism kuʻuna. Hōʻike kēia ʻatikala i ka manaʻo nui o ke kānāwai o Faraday, kona mau loina kumu, nā ʻano hana makemakika, a me kona mau hopena ākea a me nā noi i ka ʻenehana hou.
Hōʻike mōʻaukala a me ka ʻike
Ua mālama ʻia nā hoʻokolohua hou a Faraday i ka hoʻomaka ʻana o nā makahiki 1830. I loko o kēia wā, ʻo ka pilina ma waena o ka uila a me ka magnetism kahi wahi e ulu ana o ka noiʻi ʻepekema, i hoʻoikaika ʻia e ka ʻike ʻana o Hans Christian Ørsted i ka electromagnetism i ka makahiki 1820. Ua hōʻike ʻo Ørsted e hiki i kahi au uila ke hana i kahi kahua magnetic, kahi i hoʻokumu ai i ke kahua no ka ʻimi hou ʻana e nā kānaka ʻepekema, me Faraday, André-Marie Ampère, a me Joseph Henry.
ʻO Faraday, i hoʻokele ʻia e ka hoihoi a me ka hoʻokolohua akahele, ua manaʻo ʻo ia e hoʻoholo inā hiki ke kū'ē: hiki i kahi kahua magnetic ke hoʻoulu i kahi au uila? Ua pili kāna mau hoʻokolohua i nā hoʻonohonoho paʻakikī me nā magnet, nā wili uea, a me nā galvanometer (nā mea hana no ka ʻike ʻana i ke au uila). I ka makahiki 1831, ua uku ʻia ke ahonui o Faraday i kona ʻike ʻana i ka neʻe ʻana o kahi magnet ma o kahi wili uea e hoʻoulu ai i kahi au uila i loko o ka uea, kahi nānā ʻana i lilo i kumu o ke Kānāwai o Faraday no ka Electromagnetic Induction.
Ua Hoʻokumu ʻia ke Kānāwai o Faraday
Hiki ke haʻi ʻia ke Kānāwai o Faraday no ka Induction Electromagnetic ma nā ʻōlelo qualitative a me quantitative. Ma kona ʻano maʻalahi loa, ke hōʻoia nei ke kānāwai ʻo ka loli o ka flux magnetic ma o kahi loop pani e hoʻoulu ai i kahi electromotive force (EMF) i loko o ka loop.
Ma ke ʻano makemakika, ua hōʻike ʻia ke kānāwai o Faraday penei:
\[ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} \]
Eia,
– Hōʻike ʻo \(\mathcal{E}\) i ka ikaika electromotive i hoʻokomo ʻia (EMF),
– Hōʻike ʻo \(\Phi_B\) i ke kahe magnetic, i wehewehe ʻia e like me \(\Phi_B = \int \vec{B} \cdot d\vec{A}\),
– ʻo \(\vec{B}\) ke kahua makeneka,
– ʻO \(d\vec{A}\) ka vector ʻāpana ʻokoʻa, a
– Hōʻike ʻo \(\frac{d\Phi_B}{dt}\) i ka wikiwiki o ka loli o ka flux magnetic.
Hoʻokomo pū ke Kānāwai o Faraday i ke Kānāwai o Lenz, i hōʻike ʻia ma o ka hōʻailona maikaʻi ʻole, kahi e ʻōlelo ai ʻo ke kuhikuhi o ka EMF i hoʻokomo ʻia e kūʻē i ka loli o ka flux magnetic i hoʻokumu ai. ʻO kēia kūʻē he hōʻike ia o ke kumumanaʻo o ka mālama ʻana i ka ikehu.
Wehewehena Kino
ʻO ke kahe magnetic (\(\Phi_B\)) kahi ana o ka nui o ka magnetism, e noʻonoʻo ana i ka ikaika a me ka laulā o kahi kahua magnetic ma luna o kahi i hāʻawi ʻia. I nā huaʻōlelo maʻalahi, he ala ia e ana ai i ka huina o ke kahua magnetic e hele ana ma kahi ʻili i hāʻawi ʻia.
Ke loli ke kahe magnetic ma o kahi kaapuni, hoʻopuka ʻia kahi ikaika electromotive, kahi e hoʻokele ai i kahi au uila inā pani ʻia ke kaapuni. Hiki ke kū mai kēia loli mai nā loli o ka ikaika o ke kahua magnetic, ka ʻāpana o ke kaapuni (e laʻa, ma ka hoʻonui ʻana a i ʻole ka hoʻopaʻa ʻana i ka loop), a i ʻole ke kuhikuhi o ke kaapuni e pili ana i ke kahua magnetic.
Hiki ke hoʻoholo ʻia ke kaʻina hana EMF i hoʻokomo ʻia ma o nā ʻano hana i lalo:
1. Mākēneki e Neʻe ana: ʻO ka neʻe ʻana o kahi mākēneki ma o kahi loop o ke kaula e hoʻololi i ke kahe magnetic ma o ka loop, e hoʻoulu ai i kahi au. ʻO kēia ka hōʻike maʻamau o ke Kānāwai o Faraday.
2. Ke Hoʻololi nei i ke Kahua Magnetic: ʻO ka hoʻololi ʻana i ka ikaika o ke kahua magnetic e hoʻopuni ana i kahi loop (me ka hoʻoneʻe ʻole ʻana i ka loop) e hoʻololi pū i ke kahe a hoʻoulu i ka EMF.
3. Loop Rotating: ʻO ka hoʻohuli ʻana i kahi loop i loko o kahi kahua magnetic mau e hoʻololi i ke kihi ma waena o ke kahua magnetic a me ka maʻamau i ka ʻili o ka loop, a laila e hoʻololi ana i ke kahe.
Nā noi a me ka hopena ʻenehana
ʻO ke kānāwai o Faraday ke kumu o nā ʻenehana hou he nui. Hoʻohana ʻia ke kumumanaʻo o ka induction electromagnetic i ka hana o nā mīkini hana, nā mea hoʻololi uila, nā kapuahi hoʻokomo uila, a me nā ʻano sensor like ʻole.
1. Nā Mea Hana Uila: Nā mīkini e hoʻololi i ka ikehu mechanical i ikehu uila e hilinaʻi ana i ke Kānāwai o Faraday. ʻO ka hoʻohuli ʻana i kahi coil i loko o kahi kahua magnetic e hoʻoulu ai i kahi EMF, e hana ana i ka uila. ʻO kēia kumumanaʻo ke kumu o ka hana mana ma nā kikowaena mana hydroelectric, makani, a me ka thermal.
2. Nā mea hoʻololi uila: Hana kēia mau mea hana, he mea nui i ka hoʻokaʻawale ʻana o ka mana AC, ma ke kumumanaʻo o ka inductance like ʻana, kahi hoʻopili pololei o ke kānāwai o Faraday. Hoʻoili lākou i ka ikehu uila ma waena o nā kaapuni ma o nā alakaʻi i hoʻopili ʻia me ka inductive, e hoʻololi pono ana i nā pae voltage a me kēia manawa.
3. Nā Papa Kuke Induction: Hoʻomehana pololei ka induction electromagnetic i nā ipu kuke ma o nā au i hoʻokomo ʻia. Ke kahe kahi au alternating ma o ke kaula o ka papa kuke, hana ia i kahi kahua magnetic e loli ana, kahi e hoʻokomo ai i nā au i loko o ka ipu kuke ferromagnetic, e hoʻopuka ana i ka wela.
4. Nā Mea Mālama a me ka Heluhelu Magnetic: Hoʻohana nā ʻōkuhi paʻakikī a me nā mea heluhelu kāleka magnetic i ke Kānāwai o Faraday. Pili ka mālama ʻikepili i ka magnetizing i nā ʻāpana o kahi medium, kahi e hoʻoulu ai i kahi hōʻailona uila hiki ke heluhelu ʻia ke hele ʻia ma o kahi poʻo heluhelu.
5. Hoʻouka Uea ʻole a me ka ʻenehana RFID: Hoʻoulu nā mea hoʻoili uila ʻole i ke au ma o nā kahua magnetic. Pēlā nō, hana nā lepili RFID ma nā kumumanaʻo o ka hoʻokomo electromagnetic, kahi e hoʻoulu ai nā mea heluhelu i nā au i loko o ka antenna o ka lepili, e hiki ai ke kamaʻilio a me ka hoʻoili ʻikepili.
Ka Hoʻoilina o Faraday
ʻOi aku ka nui o nā hāʻawi a Faraday ma mua o kāna kānāwai i kapa ʻia. ʻO kāna wehewehe ʻana i ka pilina ma waena o ka uila a me ka magnetism i hoʻoulu i ka hoʻomohala ʻana o nā Equations a Maxwell, ka mea i hoʻokumu i ke kahua o ka electromagnetism kuʻuna. Hoʻohui maikaʻi kēia mau equations i ka uila, ka magnetism, a me nā optics i loko o kahi ʻōnaehana kumumanaʻo kūlike.
Eia kekahi, ua hoʻokumu ka ʻike o Faraday i ke kahua no ka hiki ʻana mai o ke kumumanaʻo nalu electromagnetic, ka mea i hoʻomākaukau i ke ala no ka hoʻomohala ʻana i nā ʻenehana kamaʻilio hou, me ka lekiō, ke kīwī, a me ka pūnaewele uea ʻole. Ua hōʻike ʻo Faraday, me ka hoʻonaʻauao kūhelu palena ʻole, i ka mana o ka ʻepekema hoʻokolohua a me ka intuition, e waiho ana i kahi hoʻoilina e hoʻomau nei i ka kani ʻana ma nā hale o ka physics a me ka ʻenekinia hou.
Panina
ʻO ke kānāwai o Faraday no ka hoʻokomo ʻana i ka electromagnetic he kumu nui ia i hoʻohuli nui i ka manaʻo ʻepekema a me ka holomua ʻenehana. Mai ka hoʻoikaika ʻana i nā kūlanakauhale a hiki i ka hiki ʻana i nā kamaʻilio uea ʻole, ua ulana hohonu ʻia nā ʻike o Faraday i ka hoʻokomo electromagnetic i loko o ka lole o ke kaiāulu hou. Ma o ke akamai o ke kānāwai kino, ua hala ʻo Faraday i ka manawa, e hāʻawi ana i nā kumumanaʻo e hoʻomau i ka hoʻomālamalama a me ka hoʻokele i ka hana hou. I kēia lā, i ko mākou hoʻokele ʻana i kahi au i wehewehe ʻia e ka holomua wikiwiki o ka ʻenehana, ʻo ka pilina mau loa o ka hana a Faraday e lawelawe nei ma ke ʻano he hoʻohanohano i ke ʻano mau loa o ka noiʻi ʻepekema a me ka ʻike ʻana.
