Природа виникнення багатьох процесів у Всесвіті до кінця ще не вивчена. Наприклад, вчені поки не можуть точно пояснити, хто “дозволив” електронам під дією змінного магнітного поля переміщатися в металевих провідниках.
Попри це, таке найважливіше явище як електричний струм в металах, успішно «приручено» людиною і використовується протягом останніх двох століть.
Звідки береться струм
Слід зазначити, що електричний струм може утворитися не тільки в металевому провіднику, але і в інших речовинах. Наприклад, атмосферна енергія з’являється в дощових хмарах, але використовувати її не представляється можливим. Для отримання електрики, що застосовується в господарських потребах, котушки мідних генераторних установок підходять ідеально.
Термін “Електрика” вперше був введений Вільямом Гілбертом у XVI столітті, але натураліст обмежився тільки отриманням електричних розрядів статичної електрики. Два століття потому, Майкл Фарадей створив вже діючу модель динамо-машини, поява на світ якої зобов’язана саме ефекту утворення електрики в металах.
Вчений удосконалив раніше відомий фізичний дослід, при якому струм в металах створювався рухом магнітного поля навколо статичного металевого об’єкта. Перший генератор являв собою конструкцію, що складається з обертального постійного магніту і мідної котушки.
Така машина дозволяла отримати відносно невелику напругу в провіднику. У той час достеменно ще не було відомо якими частинками створюється струм в металах. Тільки в 1913 році вченим вдалося довести електронну природу цього явища.
Для отримання точних результатів вченим довелося створювати спеціальні машини, завдяки застосуванню яких і вдалося визначити причину виникнення струму. Якщо коротко викласти суть експериментів, проведених з метою довести електронну природу появи струму, то вийде конспект такого змісту:
- Необхідно підготувати котушку, яка може обертатися навколо своєї осі.
- Поставити виріб на тверду поверхню, наприклад, на підлогу.
- Вихід провідників цієї електричної машини приєднати до гальванометра.
- Розкрутити котушку (швидкість обертання повинна бути значною).
- Різко загальмувати пристрій.
В результаті експерименту виникає електричний імпульс, який можна зареєструвати вимірювальним приладом. Обумовити появу напруги в ланцюзі могло тільки наявність заряджених частинок, які називаються електронами. На ці елементи впливає, як і на будь-яке тверде тіло, сила інерції, яка і змушує їх «виходити» з провідника після різкої зупинки котушки.
Формула розрахунку
Точний розрахунок питомого заряду (em) в металах можна визначити за такою формулою:
Em=lu0Rq
де:
- l – сила струму, миттєво виникає в провіднику при зупинці котушки;
- u0 – початкова лінійна швидкість витків дроту;
- R – опір ланцюга;
- q – заряд.
Проведення дослідів Толменом і Стюартом дозволили впорядкувати раніше отримані відомості від інших вчених. Попри це, електричні провідники активно використовувалися в електричних виробах з початку XIX століття, а доказ електронної природи струму в металах дозволив прискорити появу складних пристроїв.
Застосування
Повідомлення про проведені досліди швидко набуло широкого поширення не тільки в наукових колах. Називати таке явище відкриттям століття, звичайно, було не можна, але при розрахунку схем приладів високого класу точності, без урахування поведінки електронів вже неможливо було обійтися.
Завдяки руху електронів в металах вдається зарядити акумулятори. Будівництво ліній електропередач також здійснюється з урахуванням руху електронів в металах.
Загалом, практично будь-які електричні прилади працюють на провідниках, в яких наявність цього явища обов’язкова.
