По информации онлайн-журнала об энергетике «Энергия+», открытие Майкла Фарадея в 1831 году стало одним из ключевых событий, заложивших фундамент всей современной цивилизации. Без электромагнитной индукции не было бы ни массового электроснабжения, ни большинства привычных гаджетов.
Что такое электромагнитная индукция и почему она изменила всё
Каждый раз, когда вы включаете свет, заряжаете телефон или ставите чайник, вы пользуетесь следствием экспериментов английского физика Майкла Фарадея, проведённых почти 200 лет назад.
В 1831 году Фарадей доказал: если менять магнитное поле вокруг проводника, в этом проводнике возникает электрический ток. Проще говоря, движение магнита способно «выбивать» электроны и заставлять их бежать по проводу. Это и есть электромагнитная индукция — явление, которое лежит в основе работы практически всех электростанций планеты.
«Когда я впервые увидел, как стрелка гальванометра дрогнула от движения магнита, я понял, что нашёл новый способ получать электричество», — вспоминал позже сам Фарадей.
От компаса Эрстеда до кольца Фарадея
Всё началось с открытия датчанина Ханса Кристиана Эрстеда в 1820 году: электрический ток создаёт вокруг себя магнитное поле. Учёные сразу задались вопросом: а нельзя ли обратное — получить ток из магнитного поля?
Фарадей провёл сотни экспериментов и в августе 1831 года добился успеха. Он намотал две отдельные обмотки на железное кольцо: в одну подавал ток от батареи, а ко второй подключил гальванометр. В момент включения и выключения тока в первой обмотке стрелка во второй дёргалась — появлялся ток. Позже он показал, что достаточно просто двигать обычный постоянный магнит внутри катушки — и ток течёт.
Это открытие стало настоящей революцией.
Где в повседневной жизни прячется индукция
Наушники и колонки: музыка, рождённая магнитным полем
Внутри любого динамика (будь то огромная концертная колонка или крошечные вкладыши) работает одна и та же схема: катушка, подвижно закреплённая на мембране, и постоянный магнит. Переменный ток от усилителя бежит по катушке, создаёт переменное магнитное поле, оно толкает или притягивает постоянный магнит — мембрана колеблется и рождает звук.
В беспроводных наушниках принцип тот же, только сигнал сначала приходит по Bluetooth, а уже потом превращается в переменный ток внутри устройства.
Индукционная плита: готовим еду магнитным полем
Под стеклокерамикой спрятана плоская катушка, по которой с частотой 20–100 кГц течёт переменный ток. Она создаёт быстро меняющееся магнитное поле. Когда на плиту ставят кастрюлю из ферромагнитного материала, это поле проникает в дно посуды и вызывает в нём вихревые токи Фуко. Электроны мечутся, сталкиваются с атомами металла и выделяют тепло — дно кастрюли раскаляется за секунды, а сама конфорка остаётся почти холодной.
«Индукционная варочная панель — это самый яркий бытовой пример того, насколько эффективно можно использовать закон Фарадея», — отмечают эксперты отрасли.
Проверить посуду просто: поднесите магнит. Прилип — будет работать.
Генераторы электростанций: сердце современной энергетики
99 % всей электроэнергии в мире вырабатывается благодаря электромагнитной индукции.
На тепловых, атомных и большинстве гидроэлектростанций принцип одинаков: турбина крутит ротор с мощными магнитами (или электромагнитами) внутри статора — огромной неподвижной катушки из меди. При вращении магнитное поле пересекает проводники, в них возникает переменный ток. Дальше трансформаторы поднимают напряжение до сотен киловольт, чтобы передать энергию на тысячи километров почти без потерь.
Даже ветрогенераторы и солнечные станции в итоге используют тот же закон Фарадея: в ветряках крутят ротор ветром, в гидроэлектростанциях — водой, в тепловых — паром от сжигания угля, газа или деления урана.
Электродвигатели: обратная сторона медали
Интересно, что электродвигатель — это тот же генератор, только «наоборот». Подаём ток в обмотки — получаем вращение. По тому же принципу работают электромобили, трамваи, стиральные машины и вентиляторы.
Беспроводная зарядка и RFID-метки
Современные смартфоны заряжаются без проводов благодаря двум катушкам: одна в зарядной станции создаёт переменное магнитное поле, вторая в телефоне преобразует его обратно в ток. КПД уже превышает 90 %.
Даже карточки для прохода в офис и бесконтактная оплата работают на индукции: считыватель создаёт поле, метка в карточке «отвечает» модулированным сигналом.
Наследие Фарадея сегодня
За почти два века закон электромагнитной индукции не устарел ни на йоту. Он остаётся основой всей электроэнергетики планеты, электротранспорта, бытовой техники, возобновляемой энергетики, медицинского оборудования (МРТ тоже работает на мощных электромагнитах и индукции)
Каждый раз, включая свет или ставя чайник, мы буквально прикасаемся к эксперименту, который Майкл Фарадей провёл в своей лондонской лаборатории в 1831 году.
Сегодня учёные ищут способы ещё эффективнее использовать это явление — от сверхпроводящих генераторов будущего до магнитных катушек для термоядерных реакторов. Закон, открытый почти 200 лет назад, продолжает двигать прогресс.