Avui parlarem de l'experiència de Faraday, un físic anglès, i de la importància de la inducció electromagnètica en el món modern.
Sol, llamps, volcà
La gent antiga adorava allò incomprensible. Estem parlant dels temps en què l'invent més avançat era la capacitat de combinar un pal i una pedra en una eina senzilla. No hi havia cap explicació per al curs diari del Sol, les fases de la Lluna, els volcans, l'aparició de llamps i trons.
Amb les tempestes, la humanitat té una novel·la a part. El foc va dissipar la foscor, va donar una sensació de seguretat, va inspirar descobriments. I els científics suggereixen que el primer foc controlat es va crear a partir de llenya cremada per un llamp.
Martell i imant
Una mica més tard, la gent va aprendre a utilitzar la calor per fondre metall. Van aparèixer les primeres eines fortes que van ajudar a conquerir la natura circumdant. Anant exclusivament per experiments, diferents mestres probablement es van trobar amb incidents inusuals i estranys. Per exemple, una peça de ferro es podria moure de sobte en presència d'una altra (magnetisme). Al segle XIX, aquests fenòmens van ser explicats pels experiments de Faraday (la inducció electromagnètica en el sentit modern va sorgir precisament aleshores).
Ciència ireis
El corrent elèctric es coneix des de fa molt de temps. Van saber distingir el ferro del vidre per la propietat de conduir electrons en l'època de Miquel Àngel. Però fins a principis del segle XIX, aquest fenomen era considerat exclusivament com un fenomen divertit. A més, els científics sempre han estat patrocinats per un filantrop ric: un comte, un duc o un rei. I els diners invertits, com sabeu, haurien d'haver donat els seus fruits. Així doncs, els físics i els químics havien de treballar de tal manera que el poder militar del noble augmentava, obtingués més beneficis o gaudís d'un espectacle brillant.
Alguns experiments es van mostrar als convidats com a senyal del poder del propietari dels diners. Galileu va anomenar les llunes de Júpiter que va descobrir en honor del seu patró, els Mèdici. Així va ser amb l'electricitat. Els experiments de Faraday van confirmar experimentalment la inducció electromagnètica. Però abans d'ell, hi havia els estudis d'Oersted.
Elèctric o magnètic?
L'imant (la part principal de la brúixola) va ser utilitzat pels mariners que van descobrir Amèrica, Austràlia i el camí cap a l'Índia. L'electricitat va ser una diversió interessant. El 1820, el científic danès Hans Christian Oersted va demostrar la connexió entre les propietats magnètiques i elèctriques dels conductors. El seu experiment va ser el precursor de l'experiment de Faraday, el fenomen de la inducció electromagnètica i tot el que va seguir dels descobriments d'aquells anys.
Així, Oersted va agafar un conductor lineal (filferro gruixut) i va col·locar una agulla magnètica a sota. Quan el científic va iniciar el corrent, els pols de l'imant es van desplaçar: la fletxa estava perpendicular al conductor. El físic va repetir l'experiment moltes vegades,va canviar la geometria de l'experiment i la direcció del corrent en el conductor. El resultat va ser el mateix: la ubicació dels pols de l'agulla magnètica era sempre la mateixa respecte al vector de moviment dels electrons. Ara aquesta experiència sembla molt senzilla i comprensible. Però el descobriment va tenir conseqüències de gran abast: Oersted va demostrar la relació directa entre els camps elèctrics i magnètics.
Relació de propietat
Però si el corrent elèctric podia afectar l'imant, llavors l'imant podria fer que els electrons es moguessin? Això és el que Faraday va intentar demostrar amb l'experiment, la descripció del qual ara donarem.
El científic va enrotllar el cable en una espiral (bobina), hi va connectar un dispositiu de detecció de corrent i va portar un imant a l'estructura. L'agulla del metre va parpellejar. L'experiència va resultar ser un èxit. En el futur, Michael Faraday va aplicar diversos enfocaments i va descobrir: si en comptes d'un imant agafem una bobina i hi excitem un corrent, també apareixerà un corrent a la bobina adjacent. La interacció és encara més efectiva quan s'insereix un nucli conductor dins dels girs de les dues hèlixs.
Llei de la inducció electromagnètica
La llei d'inducció de Faraday per a un circuit tancat s'expressa amb la fórmula: ε=-dΦ / dt.
Aquí ε és la força electromotriu que fa que els electrons es moguin en el conductor (abreujat com a EMF), Φ és la magnitud del flux magnètic que passa actualment per una àrea determinada, i t és el temps.
Aquesta fórmula és diferencial. Això vol dir que l'EMF s'hauria de calcular per a tots els períodes de temps petits utilitzant trossos d'àrea petites. PERÒper obtenir la força electromotriu total, cal sumar el resultat.
El menys de la fórmula es deu a la regla de Lenz. Es diu: La fem d'inducció està dirigida de manera que el corrent energitzat bloquegi el canvi de direcció del flux.
És bastant fàcil explicar aquesta regla amb un exemple: quan augmenta el corrent de la primera bobina, també augmentarà el corrent de la segona; quan el corrent de la primera bobina disminueix, la induïda també es debilitarà.
Aplicant la llei de Faraday
La vida moderna és inimaginable sense electricitat. A The Day the Earth Stood Still, el personatge de Keanu Reeves canvia el curs de la història humana apagant els generadors. No parlarem ara dels mecanismes d'aquest incident. La ficció dóna via lliure a la imaginació, però no descriu les possibilitats. Però les conseqüències d'aquest fenomen serien realment globals: des de la destrucció de les infraestructures urbanes fins a la fam. Els humans haurien de reconstruir la seva civilització per adaptar-se a una existència sense electricitat.
Molts autors de ciència-ficció exploten l'argument d'una catàstrofe global. A més del tall elèctric, els motius d'un canvi tan important són:
- invasió estrangera;
- experiment bacteriològic incorrecte;
- descobriment accidental d'una llei física que canvia l'estructura de la matèria (per exemple, el gel-9);
- guerra nuclear o catàstrofe;
- un s alt evolutiu de les persones (la nova humanitat simplement no necessita tecnologia).
La recerca de fonts d'energia ésàrea separada d'activitat humana. La gent utilitza l'energia dels recursos fòssils, l'aigua, el vent, les onades, la calor de les aigües termals subterrànies i l'àtom per obtenir electricitat. Totes les estacions funcionen gràcies al principi, l'existència del qual va ser demostrada per Faraday en els seus experiments. A més, l'esquema per generar electricitat no és massa diferent del seu experiment: una certa força fa girar un imant enorme (rotor) i això, al seu torn, excita el corrent a les bobines.
Per descomptat, la gent va trobar un material excel·lent per a nuclis, va aprendre a fer bobines enormes, aïllar les capes sinuoses les unes de les altres molt millor. Però, en general, la civilització moderna es basa en l'experiència produïda per Michael Faraday l'agost de 1831.
