Hoy hablaremos sobre la experiencia de Faraday, un físico inglés, y la importancia de la inducción electromagnética en el mundo moderno.
Sol, relámpago, volcán
Los antiguos adoraban lo incomprensible. Estamos hablando de los tiempos en que el invento más avanzado fue la capacidad de combinar un palo y una piedra en una herramienta simple. No había explicación para el curso diario del Sol, las fases de la Luna, los volcanes, la aparición de rayos y truenos.
Con las tormentas eléctricas, la humanidad tiene una novela aparte. El fuego disipó la oscuridad, dio una sensación de seguridad, inspiró descubrimientos. Y los científicos sugieren que el primer fuego controlado se creó a partir de madera incendiada por un rayo.
Martillo e imán
Un poco más tarde, la gente aprendió a usar calor para derretir metal. Aparecieron las primeras herramientas fuertes que ayudaron a conquistar la naturaleza circundante. Yendo exclusivamente por experimentación, diferentes maestros probablemente tropezaron con incidentes inusuales y extraños. Por ejemplo, una pieza de hierro podría moverse repentinamente en presencia de otra (magnetismo). En el siglo XIX, estos fenómenos fueron explicados por los experimentos de Faraday (la inducción electromagnética en el sentido moderno surgió precisamente entonces).
Ciencia yreyes
La corriente eléctrica se conoce desde hace mucho tiempo. Supieron distinguir el hierro del vidrio por la propiedad de conducir electrones en la época de Miguel Ángel. Pero hasta principios del siglo XIX, este fenómeno se consideraba exclusivamente como un fenómeno divertido. Además, los científicos siempre han sido patrocinados por un filántropo rico: un conde, duque o rey. Y el dinero invertido, como saben, debería haber valido la pena. Por lo tanto, los físicos y los químicos debían trabajar de tal manera que el poder militar del noble aumentara, obtuviera más ganancias o disfrutara de un espectáculo brillante.
Algunos experimentos se mostraron a los invitados como muestra del poder del dueño del dinero. Galileo nombró las lunas de Júpiter que descubrió en honor a su patrón, los Medici. Así fue con la electricidad. Los experimentos de Faraday confirmaron experimentalmente la inducción electromagnética. Pero antes que él, estaban los estudios de Oersted.
¿Eléctrico o magnético?
El imán (la parte principal de la brújula) fue utilizado por los marineros que descubrieron América, Australia y el camino a la India. La electricidad fue interesante y divertida. En 1820, el científico danés Hans Christian Oersted demostró la conexión entre las propiedades magnéticas y eléctricas de los conductores. Su experimento fue el precursor del experimento de Faraday, el fenómeno de la inducción electromagnética y todo lo que siguió a los descubrimientos de esos años.
Entonces, Oersted tomó un conductor lineal (alambre grueso) y colocó una aguja magnética debajo. Cuando el científico inició la corriente, los polos del imán cambiaron: la flecha estaba perpendicular al conductor. El físico repitió el experimento muchas veces,cambió la geometría del experimento y la dirección de la corriente en el conductor. El resultado fue el mismo: la ubicación de los polos de la aguja magnética siempre fue la misma con respecto al vector de movimiento de los electrones. Ahora bien, esta experiencia parece muy simple y comprensible. Pero el descubrimiento tuvo consecuencias de largo alcance: Oersted demostró la relación directa entre los campos eléctricos y magnéticos.
Relación de propiedad
Pero si la corriente eléctrica pudiera afectar al imán, ¿entonces el imán podría hacer que los electrones se movieran? Esto es lo que Faraday trató de probar con el experimento, cuya descripción daremos ahora.
El científico enrolló el cable en una espiral (bobina), le conectó un dispositivo detector de corriente y acercó un imán a la estructura. La aguja del medidor parpadeó. La experiencia resultó ser un éxito. En el futuro, Michael Faraday aplicó varios enfoques y descubrió: si en lugar de un imán tomamos una bobina y excitamos una corriente en ella, también aparecerá una corriente en la bobina adyacente. La interacción es aún más efectiva cuando se inserta un núcleo conductor dentro de las espiras de ambas hélices.
Ley de inducción electromagnética
La ley de inducción de Faraday para un circuito cerrado se expresa mediante la fórmula: ε=-dΦ / dt.
Aquí ε es la fuerza electromotriz que hace que los electrones se muevan en el conductor (abreviado como EMF), Φ es la magnitud del flujo magnético que pasa actualmente por un área determinada y t es el tiempo.
Esta fórmula es diferencial. Esto significa que la FEM debe calcularse para todos los períodos de tiempo pequeños utilizando pequeñas porciones de área. PEROpara obtener la fuerza electromotriz total, se debe sumar el resultado.
El signo menos en la fórmula se debe a la regla de Lenz. Dice: La fem de inducción se dirige de modo que la corriente energizada bloquee el cambio en la dirección del flujo.
Es bastante fácil explicar esta regla con un ejemplo: cuando la corriente en la primera bobina aumenta, la corriente en la segunda también aumenta; cuando la corriente en la primera bobina disminuye, la inducida también se debilitará.
Aplicación de la Ley de Faraday
La vida moderna es inimaginable sin electricidad. En El día que la Tierra se detuvo, el personaje de Keanu Reeves cambia el curso de la historia humana al apagar los generadores. No hablaremos ahora de los mecanismos de este incidente. La ficción da rienda suelta a la imaginación, pero no describe las posibilidades. Pero las consecuencias de tal fenómeno serían verdaderamente globales: desde la destrucción de la infraestructura urbana hasta la hambruna. Los humanos tendrían que reconstruir su civilización para adaptarse a una existencia sin electricidad.
Muchos autores de ciencia ficción explotan la trama de una catástrofe global. Además del corte de energía, las razones de un cambio tan importante son:
- invasión extranjera;
- experimento bacteriológico incorrecto;
- descubrimiento accidental de una ley física que cambia la estructura de la materia (por ejemplo, hielo-9);
- guerra nuclear o catástrofe;
- un s alto evolutivo de las personas (la nueva humanidad simplemente no necesita tecnología).
La búsqueda de fuentes de energía esárea separada de la actividad humana. Las personas utilizan la energía de los recursos fósiles, el agua, el viento, las olas, el calor de las aguas termales subterráneas y el átomo para obtener electricidad. Todas las estaciones funcionan gracias al principio, cuya existencia demostró Faraday en sus experimentos. Además, el esquema para generar electricidad no es muy diferente de su experimento: cierta fuerza hace girar un imán enorme (rotor) y eso, a su vez, excita la corriente en las bobinas.
Por supuesto, la gente encontró un material excelente para los núcleos, aprendió a hacer carretes enormes, a aislar mucho mejor las capas de bobinado entre sí. Pero, en general, la civilización moderna se basa en la experiencia producida por Michael Faraday en agosto de 1831.
