درسنامه آموزشی فیزیک (2) پایه یازدهم رشته علوم ریاضی
1-4 پدیدۀ القای الکترومغناطیسی
در فصل قبل، با آثار مغناطیسی جریان الکتریکی آشنا شدید که در سال 1820 میلادی توسط اورستد کشف شد. در سال 1831 فاراده پس از آزمایشهای فراوان، مشاهده کرد که عبور آهنربا از یک پیچه، سبب برقراری جریان الکتریکی در پیچه میشود. این اثر که امروزه به قانون القای الکترومغناطیسی فاراده شناخته میشود، اساس کار مولدها تولید جریان الکتریکی است. در این فصل، پس از آشنایی با این قانون، به چگونگی تولید جریان متناوب خواهیم پرداخت.
در این بخش، به بررسی القای نیروی محرکهٔ الکتریکی در یک مدار بسته خواهیم پرداخت. این پدیده را القای الکترومغناطیسی مینامند. با انجام آزمایش زیر با این پدیده بیشتر آشنا میشوید.
آزمایش 4-1 (صفحهٔ 110 کتاب درسی)
هدف: بررسی پدید القای الکترومغناطیسی
وسیلههای مورد نیاز: گالوانومتر، آهنربای میلهای، سیملوله یا پیچه و سیم رابط
شرح آزمایش:
دو سر سیملوله را به گالوانومتر ببندید.
یکی از قطبهای آهنربا را وارد سیملوله کنید (شکل روبه رو).
مشاهدات خود را هنگام انجام این کار، یادداشت کنید.
اکنون آهنربا را از سیملوله خارج کنید. مشاهدات خود را هنگام انجام این کار، دوباره یادداشت کنید.
مراحل بالا را برای قطب دیگر آهنربا تکرار کنید.
آزمایش را در حالی انجام دهید که آهنربا ثابت باشد و سیملوله به آن نزدیک یا از آن دور شود. آیا نتیجهٔ آزمایش تغییری میکند؟ توضیح دهید.
در سال 1831 میلادی مایکل فاراده دانشمند انگلیسی و تقریباً هم زمان با او جوزف هانری دانشمند امریکایی، با انجام آزمایشهایی مشابه آزمایش 4-1 دریافتند که هنگام دور و نزدیک کردن آهنربا به پیچه، عقربهٔ گالوانومتر منحرف میشود و عبور جریانی را از مدار نشان میدهد؛ درست مانند وقتی که در مدار، باتری وجود دارد (شکل 4-1). این پدیده را القای الکترومغناطیسی و جریان تولید شده را جریان الکتریکی القایی مینامند.
پیش از این دیدیم که با تغییر اندازه میدان در محل سیملوله، جریان در آن القا میشود. به جز این روش، به روشهای دیگری نیز میتوان در پیچه یا سیملوله، جریان الکتریکی القا کرد. اگر مساحت پیچهای انعطاف پذیر را درون میدان مغناطیسی یکنواخت $\overrightarrow{B}$ تغییر دهیم (شکل 4-2) یا پیچهای را درون میدان مغناطیسی یکنواخت $\overrightarrow{B}$ بچرخانیم (شکل 4-3)، مشاهده میشود که در هنگام انجام این کارها، جریانی در پیچه القا میشود.
مایکل فاراده (1867-1791)
مایکل فاراده، پسر یک آهنگر انگلیسی بود. به گفتهٔ خود او: «تحصیلات من بسیار معمولی بود. خواندن را کمی بیشتر از حد مقدماتی و نوشتن و ریاضیات را در حد شاگرد یک مدرسهٔ روزانه میدانستم. ساعتهای خارج از مدرسهٔ من در خانه و خیابانها میگذشت» وی در سن 12 سالگی به عنوان شاگرد در یک کتاب فروشی مشغول به کار شد. فاراده 19 ساله بود که به او اجازه داده شد تا در جلسهٔ سخنرانی سِرهمفری دیوی، شیمیدان مشهور (1829-1778)، که در مؤسسهٔ سلطنتی لندن برگزار میشد، حضور یابد. مؤسسهٔ سلطنتی یک مرکز مهم پژوهش و آموزش علوم بود. فاراده به شدت علاقهمند علوم شد و پیش خود به تحصیل علم شیمی پرداخت.
در سال 1813 تقاضای شغلی در مؤسسهٔ سلطنتی کرد و دیوی او را به عنوان یک همکار در امور پژوهشی استخدام کرد. فاراده به زودی نبوغ خود را به عنوان یک آزمایشگر نشان داد. وی مقالههای مهمی در شیمی، خواص مغناطیسی، الکتریسیته و نور نوشت و سرانجام به عنوان رئیس مؤسسهٔ سلطنتی برگزیده شد. فاراده را به سبب کشفهای بسیارش یکی از بزرگترین دانشمندان تجربی عصر خود میدانند.
