פאַראַדיי'ס געזעץ
Pengantar
פאַראַדיי'ס געזעץ פון עלעקטראָמאַגנעטישע אינדוקציע איז אַ יסודותדיקער פּרינציפּ אין פיזיק וואָס באַשרײַבט ווי אַ טוישנדיק מאַגנעטיש פעלד קען פּראָדוצירן אַן עלעקטרישן קראַנט אין אַ קאַנדאַקטאָר. אַנטדעקט דורך מיכאל פאַראַדיי אין 1831, איז דער געזעץ אַ שליסל זייל פון עלעקטראָמאַגנעטיזם און האט פילע אַפּליקאַציעס אין מאָדערנער טעכנאָלאָגיע, אַזאַ ווי עלעקטרישע גענעראַטאָרן און טראַנספאָרמאַטאָרן. דער אַרטיקל וועט דעטאַלירן די טעאָריע הינטער פאַראַדיי'ס געזעץ, די עקספּערימענטן וואָס שטיצן עס, און זייַנע פֿאַרשידענע פּראַקטישע אַפּליקאַציעס.
גרונט טעאָריע
דעפֿיניציע פֿון פֿאַראַדיי'ס געזעץ
פאַראַדיי'ס געזעץ זאָגט אַז די עלעקטראָמאָטיווע קראַפט (EMF) וואָס ווערט אינדוצירט אין אַ פֿאַרמאַכטן קרייז איז פּראָפּאָרציאָנעל צו דער ראַטע פֿון ענדערונג פֿון דעם מאַגנעטישן פֿלוס דורך דעם קרייז. מאַטעמאַטיש, ווערט דער געזעץ אויסגעדריקט ווי:
\[ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} \]
וואו:
– \( \mathcal{E} \) איז די אינדוצירטע EMF (אין וואלטס),
– \( \Phi_B \) איז דער מאַגנעטישער פלוס (אין וועבערס),
– \( \frac{d\Phi_B}{dt} \) איז די ראטע פון ענדערונג פון מאַגנעטישן פלוקס.
דאָס נעגאַטיווע סימן אין דער גלייכונג שטאַמט פֿון לענץ'ס געזעץ, וואָס זאָגט אַז די ריכטונג פֿון דער אינדוצירטער EMF איז שטענדיק אַזוי אַז זי שטייט קעגן דער ענדערונג אין מאַגנעטישן פֿלוס וואָס פֿאַראורזאַכט זי.
מאַגנעטישער פלוקס
מאַגנעטישער פלאַקס \( \Phi_B \) איז אַ מאָס פֿון דער מאָס פֿון מאַגנעטישן פֿעלד וואָס גייט דורך אַ געגעבענעם שטח. מאַגנעטישער פלאַקס ווערט דעפֿינירט ווי:
[ πβ = B Δ γικο(θ)]
וואו:
– \(B \) איז דאָס מאַגנעטישע פעלד (אין טעסלאַ),
– \(A \) איז די שטח וואָס דורכגייט דעם מאַגנעטישן פעלד (אין קוואַדראַט מעטער),
– \( \theta \) איז דער ווינקל צווישן דעם מאַגנעטישן פעלד און דער ליניע פּערפּענדיקולאַר צו דער שטח.
לענץ'ס געזעץ
לענץ'ס געזעץ גיט די ריכטונג פון דער אינדוצירטער EMF און דעם רעזולטירנדיקן שטראָם. לויט לענץ'ס געזעץ, וועט אן אינדוצירטער שטראָם אין א קרייז פּראָדוצירן א מאַגנעטישן פעלד וואָס שטעלט זיך קעגן דער ענדערונג אין מאַגנעטישן פלוס וואָס האָט עס געפֿירט. מאַטעמאַטיש, ווערט דאָס אויסגעדריקט דורך דעם נעגאַטיוון סימן אין פאַראַדיי'ס געזעץ גלייכונג.
פאַראַדיי'ס עקספּערימענט
אנטדעקונג פון עלעקטראָמאַגנעטישע אינדוקציע
מייקל פאַראַדיי האָט דורכגעפירט אַ סעריע עקספּערימענטן אין 1831 צו שטודירן די באַציִונג צווישן מאַגנעטישע פעלדער און עלעקטרישע שטראָמען. איינער פון פאַראַדיי'ס שליסל עקספּערימענטן האָט אַריינגענומען אַ שפּול דראָט פֿאַרבונדן צו אַ גאַלוואַנאָמעטער (אַ מיטל פֿאַר מעסטן עלעקטרישן קראַנט) און אַ באַר מאַגנעט. פאַראַדיי האָט אַנטדעקט אַז ווען דער באַר מאַגנעט איז באַוועגט געוואָרן צו אָדער אַוועק פֿון דער שפּול, איז אַן עלעקטרישער קראַנט אינדוצירט געוואָרן אין דער שפּול, וואָס איז דעטעקטירט געוואָרן דורך דעם גאַלוואַנאָמעטער.
עקספּערימענטאַלע וואַריאַציעס
פאַראַדיי האָט אויך דורכגעפירט אַ וואַריאַציע פון דעם עקספּערימענט ניצנדיק צוויי שפּולן דראָט געוויקלט אַרום אַן אייַזן קערן. ווען אַן עלעקטרישער קראַנט איז דורכגעגאַנגען דורך דער ערשטער שפּול (די ערשטיקע שפּול), האָט דער רעזולטאַט מאַגנעטישער פעלד אינדוצירט אַן עלעקטרישן קראַנט אין דער צווייטער שפּול (די צווייטיקע שפּול). פאַראַדיי האָט געשלאָסן אַז דער ענדערונג אין מאַגנעטישן פעלד איבער די שפּולן איז געווען די סיבה פון דעם אינדוצירטן עלעקטרישן קראַנט.
אַפּליקאַציע פון פאַראַדיי'ס געזעץ
עלעקטרישער גענעראַטאָר
אן עלעקטרישער גענעראַטאָר איז איינע פון די הויפּט אַפּליקאַציעס פון פאַראַדיי'ס געזעץ. גענעראַטאָרן קאָנווערטירן מעכאַנישע ענערגיע אין עלעקטרישע ענערגיע דורך דעם פּרינציפּ פון עלעקטראָמאַגנעטישע אינדוקציע. ווען אַ שפּול פון דראָט דרייט זיך אין אַ מאַגנעטישן פעלד, פּראָדוצירט דער ענדערונג פון מאַגנעטישן שטראָם איבער דער שפּול אַן עלעקטראָמאַגנעטישן מקור (EMF), וואָס אינדוצירט אַן עלעקטרישן קראַנט.
1. AC (אָלטערנייטינג קראַנט) גענעראַטאָר
– ארבעטס-פרינציף: אן וועקסלשטראם גענעראטאר ניצט א מאגנעטישן פעלד וואס ווערט גענערירט דורך א שטענדיגן מאגנעט אדער עלעקטראמאגנעט. ווען א שפּול דרייט זיך אין דעם מאגנעטישן פעלד, ענדערט זיך דער מאגנעטישער שטראם איבער דער שפּול, וואס פראדוצירט אן וועקסלשטראם.
– אַפּליקאַציעס: וועקסלשטראָם גענעראַטאָרן ווערן גענוצט אין גרויסע מאַכט-פלאַנצן, ווינט טורבינען און פּאָרטאַטיווע גענעראַטאָרן.
2. גלייכשטראָם (DC) גענעראַטאָר
– ארבעטס-פרינציף: א גלייכשטראָם גענעראַטאָר ניצט אַ קאָמוטאַטאָר צו פארוואנדלען דעם וועקסלשטראָם וואָס ווערט אינדוצירט אין דער שפּול אין גלייכשטראָם. דער קאָמוטאַטאָר איז אַ מעכאַנישע מיטל וואָס זאָרגט דערפאַר אַז דער שטראָם פליסט אין איין ריכטונג.
– אַפּליקאַציעס: גלייכשטראָם גענעראַטאָרן ווערן גענוצט אין אַפּליקאַציעס ווי באַטאַרייע טשאַרדזשינג, נויטפאַל מאַכט סיסטעמען און אינדוסטריעלע אַפּליקאַציעס.
טראַנספאָרמער
א טראַנספאָרמאַטאָר איז אַ מיטל וואָס ענדערט דעם וואָולטאַזש אין אַן עלעקטרישן פאַרשפּרייטונג סיסטעם, באַזירט אויף דעם פּרינציפּ פון עלעקטראָמאַגנעטישן אינדוקציע. אַ טראַנספאָרמאַטאָר באַשטייט פון צוויי שפּולן, אַ פּרימערי און אַ סעקונדערי, געוויקלט אַרום אַן אייַזערנעם קערן.
– ארבעטס-פרינציף: דער עלעקטרישער שטראָם וואָס פליסט דורך דער ערשטיקער שפּול פּראָדוצירט אַ מאַגנעטישן שטראָם וואָס אינדוצירט אַן EMF אין דער צווייטער שפּול. דורך ווערייִרן די צאָל פון דרייען אין די ערשטיקע און צווייטער שפּולן, קען מען פאַרגרעסערן אָדער פאַרקלענערן דעם וואָולטאַזש לויטן באַדאַרף.
– אַפּליקאַציעס: טראַנספאָרמאַטאָרן ווערן גענוצט אין עלעקטרישע פאַרשפּרייטונג סיסטעמען צו פאַרגרעסערן אָדער פאַרקלענערן די וואָולטאַזש פון עלעקטריע, וואָס ערמעגליכט עפעקטיוו טראַנסמיסיע פון עלעקטריע פון קראַפטווערק צו קאָנסומערס.
וויירלעס טשאַרדזשינג
ווייערלעס טשאַרדזשינג איז אַ טעכנאָלאָגיע וואָס ניצט דעם פּרינציפּ פון עלעקטראָמאַגנעטישע אינדוקציע צו אַריבערפירן ענערגיע אָן קייבאַלז.
– ארבעטס-פרינציפן: דראטלאזע אויפלאדונג ניצט דאס מאגנעטישע פעלד וואס ווערט גענערירט דורך דער אויפלאדונג-שפול צו אינדוצירן אן עלעקטרישע קראפט אין דער אויפנעמער-שפול וואס איז אנגעהענגט צום אפאראט וואס דארף אויפגעלאדן ווערן. דאס ענדערנדיקע מאגנעטישע פעלד פראדוצירט אן עלעקטרישן שטראם אין דער אויפנעמער-שפול, וואס ווערט גענוצט צו אויפלאדן די אפאראט'ס באטעריע.
– אַפּליקאַציעס: וויירלעס טשאַרדזשינג ווערט גענוצט אין עלעקטראָנישע דעוויסעס ווי סמאַרטפאָונז, קלוגע זייגערס און פּאָרטאַטיווע מעדיצינישע דעוויסעס.
פֿאַרבונדענע פֿענאָמענע
1. עדי קראַנט ווירקונג
– ארבעטס-פרינציף: ווירד-שטראמען זענען שטראמען וואס ווערן אינדוצירט אין א קאנדוקטאר דורך א טוישנדיקן מאגנעטישן פעלד. די ווירד-שטראמען שאפן א מאגנעטישן פעלד וואס שטעלט זיך קעגן דער טויש אין מאגנעטישן שטראם וואס האט זיי פאראורזאכט.
– אַפּליקאַציעס: עדי קראַנט ווערט גענוצט אין עלעקטראָמאַגנעטישע ברעיקס, מעטאַל דעטעקשאַן און ניט-דעסטרוקטיווע טעסטינג.
2. מאַגנעטאָרעזיסטאַנס
– ארבעטס-פרינציף: מאַגנעטאָרעזיסטענץ איז די ענדערונג אין דעם עלעקטרישן קעגנשטאַנד פון אַ מאַטעריאַל געפֿירט דורך אַן עקסטערנעם מאַגנעטישן פעלד. די דערשיינונג ווערט גענוצט אין דאַטן סטאָרידזש און מאַגנעטישע סענסאָר טעכנאָלאָגיע.
– אַפּליקאַציעס: מאַגנעטאָרעזיסטאַנס ווערט גענוצט אין האַרט דיסק דרייווז, גיכקייט סענסאָרן און פּאָזיציע סענסינג סיסטעמען.
3. האַל עפֿעקט
– ארבעטס-פרינציף: דער האַל-עפעקט איז א דערשיינונג אין וועלכער א מאַגנעטיש פעלד פּערפּענדיקולאַר צו אן עלעקטרישן שטראָם אין א קאַנדאַקטאָר פּראָדוצירט א וואָולטאַזש-אונטערשייד איבערן קאַנדאַקטאָר. די וואָולטאַזש ווערט גערופן די האַל-וואָולטאַזש.
– אַפּליקאַציעס: דער האַלל עפֿעקט ווערט גענוצט אין האַלל סענסאָרן צו מעסטן מאַגנעטישע פֿעלדער, גיכקייט און פּאָזיציע.
אַוואַנסירטע טעכנאָלאָגיע אַפּלאַקיישאַנז
מעדיצינישע טעכנאָלאָגיע: MRI (מאַגנעטישער רעזאָנאַנס בילדגעבונג)
MRI איז אַ מעדיצינישע בילדגעבונג טעכניק וואָס ניצט מאַגנעטישע פעלדער און ראַדיאָ כוואַליעס צו פּראָדוצירן דעטאַלירטע בילדער פון די אינעווייניקסטע סטרוקטורן פון דעם מענטשלעכן קערפּער.
– ווי עס אַרבעט: MRI ניצט אַ שטאַרק מאַגנעטיש פעלד צו אָריענטירן פּראָטאָנען אין דעם גוף. ווען דער מאַגנעטיש פעלד ווערט אָנגעצונדן און אויסגעלאָשן, שיקן די פּראָטאָנען אַרויס סיגנאַלן וואָס ווערן קאַפּטשערד און פאַראַרבעט אין בילדער דורך אַ קאָמפּיוטער.
– אַפּליקאַציעס: MRI ווערט גענוצט צו דיאַגנאָזירן אַ פאַרשיידנקייט פון מעדיצינישע צושטאנדן, אַרייַנגערעכנט טומאָרן, האַרץ קרענק, און נעוראָלאָגישע דיסאָרדערס. דער מייַלע פון MRI איז זיין פיייקייט צו פּראָדוצירן העכסט דעטאַלירטע בילדער אָן די נוצן פון יאָניזירנדיק ראַדיאַציע.
עלעקטריק מאָטאָר
עלעקטרישע מאָטאָרן זענען איינע פון די געוויינטלעכע אַפּליקאַציעס פון פאַראַדיי'ס געזעץ, וואָס אַרבעט אויף דעם פּרינציפּ פון עלעקטראָמאַגנעטישע אינדוקציע.
– ארבעטס-פרינציפּ: עלעקטרישע מאָטאָרן אַרבעטן דורך פֿליסן עלעקטרישן שטראָם דורך אַ שפּול וואָס געפֿינט זיך אין אַ מאַגנעטישן פֿעלד, אַזוי פּראָדוצירנדיק אַ קראַפֿט וואָס פֿאַראורזאַכט אַז די שפּול זאָל זיך דרייען.
– אַפּליקאַציעס: עלעקטרישע מאָטאָרן ווערן גענוצט אין אַ ברייטע פאַרשיידנקייט פון דעוויסעס, פון הויזגעזינד אַפּפּליאַנסעס ביז גרויסע אינדוסטריעלע מאשינען.
קעסימפּולאַן
פאַראַדיי'ס געזעץ פון עלעקטראָמאַגנעטישע אינדוקציע איז אַ יסודותדיקער פּרינציפּ אין פיזיק וואָס דערקלערט ווי אַ טוישנדיק מאַגנעטיש פעלד קען פּראָדוצירן אַן עלעקטרישן קראַנט אין אַ קאַנדאַקטאָר. אנטדעקט דורך מיכאל פאַראַדיי אין 1831, איז דער געזעץ געוואָרן די באַזע פון פילע מאָדערנע טעכנאָלאָגיעס, אַרייַנגערעכנט עלעקטרישע גענעראַטאָרן, טראַנספאָרמאַטאָרן און וויירלעס טעכנאָלאָגיע. פאַראַדיי'ס עקספּערימענטן האָבן דעמאָנסטרירט די באַציִונג צווישן מאַגנעטישע פעלדער און עלעקטרישן קראַנט, וואָס איז שפּעטער באַשריבן געוואָרן מאַטעמאַטיש ווי דער געזעץ פון עלעקטראָמאַגנעטישע אינדוקציע.
די אנווענדונגען פון פאַראַדיי'ס געזעץ זענען ברייט, און דעקן פעלדער ווי עלעקטריע דזשענעריישאַן, פאַרשפּרייטונג, וויירלעסס טשאַרדזשינג, מעדיצינישע טעכנאָלאָגיע און עלעקטרישע מאָטאָרן. פֿאַרבונדענע דערשיינונגען ווי דער עדי קראַנט ווירקונג, מאַגנעטאָרעסיסטאַנס און דער האַל ווירקונג ווייַזן דעם דורכדרינגלעכן השפּעה פון עלעקטראָמאַגנעטישע אינדוקציע אין וויסנשאַפֿט און טעכנאָלאָגיע. ווי טעכנאָלאָגיע און פאָרשונג גייען פאָרויס, וועלן די אנווענדונגען פון פאַראַדיי'ס געזעץ ווייטער אויסברייטערן, עפֿענענדיק די טיר צו נאָך מער סאָפיסטיקירטע און עפֿעקטיווע כידעשים אין דער צוקונפֿט.
