Hoje falaremos sobre a experiência de Faraday, físico inglês, e a importância da indução eletromagnética no mundo moderno.
Sol, relâmpago, vulcão
Os antigos adoravam o incompreensível. Estamos falando dos tempos em que a invenção mais avançada era a capacidade de combinar uma vara e uma pedra em uma ferramenta simples. Não havia explicação para o curso diário do Sol, as fases da Lua, os vulcões, a ocorrência de raios e trovões.
Com trovoadas, a humanidade tem um romance separado. O fogo dissipou a escuridão, deu uma sensação de segurança, inspirou descobertas. E os cientistas sugerem que o primeiro fogo controlado foi criado a partir de madeira incendiada por um raio.
Martelo e Ímã
Um pouco mais tarde, as pessoas aprenderam a usar o calor para derreter metal. Surgiram as primeiras ferramentas fortes que ajudaram a conquistar a natureza circundante. Indo exclusivamente por experiência, diferentes mestres provavelmente se depararam com incidentes incomuns e estranhos. Por exemplo, um pedaço de ferro pode se mover de repente na presença de outro (magnetismo). No século XIX, esses fenômenos foram explicados pelos experimentos de Faraday (a indução eletromagnética no sentido moderno surgiu justamente nessa época).
Ciência ereis
A corrente elétrica é conhecida há muito tempo. Eles sabiam distinguir o ferro do vidro pela propriedade de conduzir elétrons no tempo de Michelangelo. Mas até o início do século XIX, esse fenômeno era considerado exclusivamente como um fenômeno engraçado. Além disso, os cientistas sempre foram patrocinados por um filantropo rico - um conde, duque ou rei. E o dinheiro investido, como você sabe, deveria ter valido a pena. Então os físicos e químicos precisavam trabalhar de tal forma que o poder militar do nobre aumentasse, ele recebesse mais lucro ou desfrutasse de um espetáculo brilhante.
Alguns experimentos foram mostrados aos convidados como um sinal do poder do dono do dinheiro. Galileu nomeou as luas de Júpiter que descobriu em homenagem ao seu patrono, os Médici. Assim foi com a eletricidade. Os experimentos de Faraday confirmaram experimentalmente a indução eletromagnética. Mas antes dele, havia os estudos de Oersted.
Elétrico ou magnético?
O ímã (a parte principal da bússola) foi usado por marinheiros que descobriram a América, Austrália e o caminho para a Índia. A eletricidade era uma diversão interessante. Em 1820, o cientista dinamarquês Hans Christian Oersted provou a conexão entre as propriedades magnéticas e elétricas dos condutores. Seu experimento foi o precursor do experimento de Faraday, o fenômeno da indução eletromagnética e tudo o que se seguiu às descobertas daqueles anos.
Então, Oersted pegou um condutor linear (fio grosso) e colocou uma agulha magnética sob ele. Quando o cientista iniciou a corrente, os pólos do ímã mudaram: a seta ficou perpendicular ao condutor. O físico repetiu o experimento muitas vezes,mudou a geometria do experimento e a direção da corrente no condutor. O resultado foi o mesmo: a localização dos pólos da agulha magnética era sempre a mesma em relação ao vetor de movimento dos elétrons. Agora esta experiência parece muito simples e compreensível. Mas a descoberta teve consequências de longo alcance: Oersted provou a relação direta entre campos elétricos e magnéticos.
Relação de propriedade
Mas se a corrente elétrica fosse capaz de afetar o ímã, então o ímã poderia fazer os elétrons se moverem? Isso é o que Faraday tentou provar pelo experimento, cuja descrição daremos agora.
O cientista enrolou o fio em uma espiral (bobina), conectou um dispositivo de detecção de corrente a ele e trouxe um ímã para a estrutura. A agulha do medidor tremeluziu. A experiência acabou sendo um sucesso. No futuro, Michael Faraday aplicou várias abordagens e descobriu: se em vez de um ímã pegarmos uma bobina e excitarmos uma corrente nela, uma corrente também aparecerá na bobina adjacente. A interação é ainda mais efetiva quando um núcleo condutor é inserido dentro das espiras de ambas as hélices.
Lei da indução eletromagnética
A lei de indução de Faraday para um circuito fechado é expressa pela fórmula: ε=-dΦ / dt.
Aqui ε é a força eletromotriz que faz com que os elétrons se movam no condutor (abreviado como EMF), Φ é a magnitude do fluxo magnético que está passando por uma determinada área e t é o tempo.
Esta fórmula é diferencial. Isso significa que o EMF deve ser calculado para todos os pequenos períodos de tempo usando pequenos pedaços de área. MASpara obter a força eletromotriz total, o resultado deve ser somado.
O menos na fórmula é devido à regra de Lenz. Ele lê: A fem de indução é direcionada para que a corrente energizada bloqueie a mudança na direção do fluxo.
É muito fácil explicar esta regra com um exemplo: quando a corrente na primeira bobina aumenta, a corrente na segunda também aumentará; quando a corrente na primeira bobina diminui, a induzida também enfraquece.
Aplicando a lei de Faraday
A vida moderna é inimaginável sem eletricidade. Em O Dia em que a Terra Parou, o personagem de Keanu Reeves muda o curso da história humana desligando os geradores. Não vamos falar sobre os mecanismos deste incidente agora. A ficção dá asas à imaginação, mas não descreve as possibilidades. Mas as consequências de tal fenômeno seriam verdadeiramente globais: da destruição da infraestrutura urbana à fome. Os humanos teriam que reconstruir sua civilização para se adaptar a uma existência sem eletricidade.
Muitos autores de ficção científica exploram o enredo de uma catástrofe global. Além do corte de energia, as razões para uma mudança tão grande são:
- invasão estrangeira;
- experiência bacteriológica errada;
- descoberta acidental de uma lei física que altera a estrutura da matéria (por exemplo, gelo-9);
- guerra nuclear ou catástrofe;
- um s alto evolutivo das pessoas (a nova humanidade simplesmente não precisa de tecnologia).
Busca por fontes de energia éárea separada da atividade humana. As pessoas usam a energia dos recursos fósseis, água, vento, ondas, o calor das águas termais subterrâneas e o átomo para obter eletricidade. Todas as estações funcionam graças ao princípio, cuja existência foi comprovada por Faraday em seus experimentos. Além disso, o esquema de geração de eletricidade não é muito diferente de seu experimento: uma certa força gira um enorme ímã (rotor), e isso, por sua vez, excita a corrente nas bobinas.
Claro, as pessoas encontraram um excelente material para núcleos, aprenderam a fazer carretéis enormes, isolar muito melhor as camadas de enrolamento umas das outras. Mas, em geral, a civilização moderna se apoia na experiência produzida por Michael Faraday em agosto de 1831.
