Kako je Faradej otkrio elektromagnetnu indukciju?

Šta se dešava?

Majkl Faradej je proučavao vezu elektriciteta i magnetizma. Njegovi eksperimenti otvorili su put generatorima.

Faradej nije počeo kao univerzitetski profesor. Kao mladić učio je knjigovezački zanat, a zatim je dospeo u laboratoriju Kraljevske institucije u Londonu. Tamo je godinama izvodio oglede i pažljivo beležio rezultate. Među njegovim otkrićima bili su elektromagnetna rotacija, indukcija i zakonitosti elektrolize. Priča o njemu pokazuje koliko su radoznalost, vežba i uporno eksperimentisanje važni u nauci.

Kako i zašto?

Kada se magnetno polje kroz provodnik menja, u provodniku se može pojaviti električni napon.

Zamislimo kalem žice povezan sa instrumentom koji meri električnu struju. Kada se magnet pomera u odnosu na kalem, instrument može da pokaže kratkotrajnu struju. Ako se ništa ne menja, takvog signala nema. Ključna je promena magnetnog polja kroz provodnik. U elektrani se sličan princip koristi neprekidno: mehaničko kretanje okreće delove generatora, a generator proizvodi električnu energiju.

Kako ovo znamo?

Faradej je rezultate objavio kroz niz eksperimenata; Royal Institution čuva dokumentaciju o njegovom radu.

Royal Institution beleži da je Faradej elektromagnetnu indukciju otkrio 1831. i čuva njegove laboratorijske zapise, predavanja i prepisku. Njegovi zaključci nisu počivali na jednom slučaju: menjao je uslove ogleda i posmatrao kada se signal pojavljuje. Kasniji istraživači su iste zakonitosti potvrdili i matematički opisali. Dobar ogled mora da može da se ponovi i da objasni šta se desilo kada promenimo samo jedan uslov.

Zašto je ovo važno?

Princip indukcije stoji iza velikog dela današnje proizvodnje električne energije.

Bez indukcije bi savremeni sistemi za proizvodnju i prenos električne energije izgledali sasvim drugačije. Isti osnovni odnos magnetizma i elektriciteta koristi se u generatorima, transformatorima i mnogim drugim uređajima. Faradej je takođe pomagao da nauka postane dostupna široj publici kroz javna predavanja. Njegov rad podseća da velika otkrića često počinju jednostavnim pitanjem: šta će se dogoditi ako ovo pomerim ili promenim?

Od ogleda do elektrane

Faradej nije počeo kao univerzitetski istraživač. Radio je kao šegrt u knjigoveznici, čitao knjige koje je povezivao i odlazio na javna predavanja. Kasnije je postao pomoćnik Hemfrija Dejvija u Kraljevskoj instituciji. To ne znači da su za nauku dovoljni radoznalost i sreća: Faradej je godinama razvijao precizne veštine merenja, beleženja rezultata i kontrole eksperimentalnih uslova. Vezu elektriciteta i magnetizma proučavao je korak po korak.

Posle Erstedovog otkrića da električna struja utiče na magnetnu iglu, postavilo se obrnuto pitanje: može li magnetizam stvoriti struju? Faradej je 1831. namotao dve odvojene žice oko gvozdenog prstena. Kada bi uključio struju u jednom namotaju, galvanometar u drugom bi kratko reagovao; dok bi struja tekla nepromenjena, kazaljka bi mirovala. Reagovala bi ponovo pri isključenju. Ključni trag nije bio samo magnetno polje, nego njegova promena.

Sličan efekat nastaje kad pomeramo magnet u blizini zavojnice. Što se magnetno polje kroz zavojnicu brže menja, veći se napon može indukovati. U generatoru se zato mehaničkim radom okreću magnet ili namotaji. Energija se ne pojavljuje ni iz čega: pogon može biti turbina koju pokreću voda, para ili vetar. Faradejeva otkrića povezala su laboratorijski ogled sa infrastrukturom koju danas koristimo, dok je kasnija matematika Džejmsa Klarka Maksvela dala širi opis elektromagnetnog polja.

Još jedan važan detalj

Faradej je uveo i razmišljanje pomoću linija magnetnog polja. One nisu stvarne niti vidljive niti, nego način da se prikaže smer i jačina uticaja u prostoru. Danas kažemo da je indukovani napon povezan sa brzinom promene magnetnog toka kroz konturu. Važno je i da se pri zatvorenom kolu pojavi struja čiji magnetni efekat pruža otpor promeni koja ju je izazvala: to opisuje Lencovo pravilo i čuva ravnotežu energije. Bez tog otpora generator bi davao struju bez ulaganja rada. Kroz ovakve odnose vidi se zašto je Faradejev ogled postao osnova mnogo šire teorije, a ne samo zanimljiv trik sa magnetom.