Подарок Фарадея: что такое электромагнитная индукция и где ее найти
Когда мы включаем лампу, слушаем музыку в наушниках или готовим ужин на индукционной плите, мы редко задумываемся, что эти привычные действия стали возможны благодаря открытию Майкла Фарадея — электромагнитной индукции.
Магнит и ток: невидимая связь
В начале XIX века ученые предполагали, что электрические явления и магнетизм как-то связаны, но как именно, понять не могли. В 1820 году датский исследователь Ханс Кристиан Эрстед заметил: стоит пропустить ток по металлическому проводу рядом с компасом — его стрелка тут же отклоняется. Значит, проводник под напряжением создает вокруг себя магнитное поле — невидимую силу, способную явно воздействовать на предметы из железа и стали. Тогда у специалистов возник закономерный вопрос: существует ли обратная закономерность, может ли магнитное поле породить электричество? Ответ дал Майкл Фарадей в 1831 году. Он намотал проволоку на железное кольцо, подключил к нему гальванометр — чувствительный измерительный прибор — и поднес магнит. Тогда стрелка измерителя дрогнула: появился электрический поток. Фарадей понял, что дело не только в самом магните, а в окружающем его поле. Когда оно колеблется, электроны в металлическом проводнике рядом начинают двигаться, и это движение создает ток!
Так было открыто явление, которое позже назвали электромагнитной индукцией. Разберем, в чем польза от него, на бытовых примерах.
Музыка из поля
Внутри наушников — десятки микродеталей, но таинство появления голосов любимых исполнителей в нехитром электронном устройстве начинается с катушки из тонкой проволоки и небольшого магнита. Когда телефон/плеер подает переменный ток, тот течет по виткам катушки и создает магнитное поле. Оно то усиливается, то ослабевает и взаимодействует с магнитом, вызывая микроскопические колебания катушки. К ней прикреплена тонкая мембрана, которая начинает вибрировать и тем самым толкает воздух, превращая электрические колебания в звуковые волны, которые мы слышим как музыку.
В проводных моделях наушников сигнал поступает напрямую по кабелю. В беспроводных — передается по радиоканалу, а микрочип внутри устройства превращает полученные данные в электрические колебания. Питание при этом обеспечивает встроенный аккумулятор.
Обед по законам физики
Под гладкой стеклокерамической поверхностью индукционной плиты спрятана катушка из медного провода, по которой течет переменный ток. Он создает магнитное поле, направление которого меняется сотни раз в секунду. Когда на плиту ставят металлическую посуду, это поле проходит сквозь стекло и заставляет электроны в дне кастрюли двигаться. Сталкиваясь с атомами металла, они выделяют тепло. В результате нагревается сама посуда, а не плита — стекло не проводит ток и не реагирует на магнитное воздействие. Так энергия превращается в тепло напрямую, без газа, огня и раскаленных спиралей.
Однако таким способом можно нагреть не любую кастрюлю. Индукции нужен металл, который способен проводить магнитное поле, например чугун или нержавеющая сталь с ферромагнитными свойствами. А вот алюминиевые, медные и стеклянные емкости для такой плиты бесполезны — магнитное поле просто проходит сквозь них, не вызывая движения электронов. Проверить, подходит ли посуда, легко: если к ее дну прилипает обычный магнит, значит, индукция с ней «подружится».
От пара к свету
Помимо наушников и индукционных плит, открытие Фарадея дало миру генераторы — устройства, которые превращают механическую энергию в электричество. Разберем их принципы работы, заглянув внутрь тепловой электростанции: поток пара крутит турбину, а та вращает магнит. Когда он движется рядом с неподвижными обмотками провода, в них возникает ток — всё по закону электромагнитной индукции. Так механическая энергия превращается в электрическую.
Дальше ток проходит через трансформаторы, где напряжение увеличивают, чтобы передавать энергию на большие расстояния с минимальными потерями.На подстанциях показатель снижают до привычных 220 вольт — и электричество поступает в дома, принося нам свет и тепло в любое время года.
