Faradeyning elektromagnit induksiya qonunlari

Yuza orqali o‘tayotgan magnit oqimining o‘zgarishi, ushbu yuzani chegaralab turgan kontur bo‘ylab elektr maydoni hosil bo‘lishiga olib keladi.

Elektr maydoni intensivligi magnit oqimining o‘zgarish tezligiga bog‘liq.

XIX-asr boshlarida elektr toki magnit maydonini yuzaga keltirishi aniqlangach, olimlar aynan shu hodisa teskarisiga ham bo‘lishi mumkinligini taxmin qilishgan edi. Ya’ni, magnit maydoni ham qandaydir tarzda, elektr toki yuzaga kelishiga sababchi bo‘lishi kerak edi. Bunday taxminni ilgari surgan va uni tekshirishga jiddiy kirishgan olimlardan biri — Mayk Faradey bo‘lgan. Olimning yon daftarchasidagi 1822-yilga taalluqli yozuvda u o‘zi uchun «magnetizmni elektr tokiga aylantirish» vazifasini qo‘yganligi qayd etilgan. U o‘zi uchun belgilab olgan mazkur vazifani uddalashiga deyarli o‘n yil sarfladi.

Bu ishni uddalash maqsadida Faradey bir necha yuz marta muvaffaqiyatsiz tajriba urinishlarni o‘tkazgan. Lekin olim qat’iyat bilan izlanishda davom etdi va hozirgi kunda biroz jo‘n tuyiladigan, o‘sha davr uchun g‘oyat muhim bo‘lgan bir qator sodda tajribalar ketma-ketligini o‘ylab topdi. Buning uchun u, teshikkulcha shaklidagi temir g‘altak tayyorlab, uning bir tarafiga, temir o‘zakdan izolyatsiyalab qo‘yilgan va bir-biriga nisbatan zich o‘rab chiqilgan sim o‘tkazgichni ulagan. Ushbu tarafdagi simning uzun uchlari kuchli elektr manbai vazifasini o‘tab beruvchi batareykaga ulangan. g‘altakning ikkinchi tarafini ham o‘tkazgich sim bilan zich o‘rab chiqib, uning uchlarini esa elektr tokini qayd etish uchun mo‘ljallangan asbobga, ya’ni, galvanometrga ulagan. Teshikkulcha shaklidagi g‘altakning o‘rtasiga temir o‘zak o‘rnatilgan. Faradey ushbu temir o‘zak orqali, hosil bo‘layotgan magnit maydoning kuch chiziqlarini «bo‘ysundirish» va ularni g‘altakning ichki tarafidagi simlarga uzatib berishni maqsad qilgan edi.

Lekin, Faradeyning bu boradagi sinovlari ham dastlabki paytda kutilgan natijani bermagan. U tajribani necha marta qilib ko‘rgan bo‘lsa ham, birortasida galvanometr ko‘rsatkichi joyidan qimirlab qo‘ymadi. Ya’ni, magnit maydoni hosil bo‘lgani bilan, konturda baribir hech qanaqa tok yuzaga kelmayotgan edi. Hafsalasi pir bo‘layozgan Faradey bir kuni tasodifan bir narsani payqab qoldi: galvanometrning ko‘rsatkichi g‘altakdagi simlarni batareykaga ulayotganida yoki uzayotgan paytlarda keskin harakatlanib, yana bur zumda joyiga qaytib qolar ekan. Bu jarayonni kuzatgan Faradeyning to‘satdan zehni ochildi: elektr toki faqatgina magnit maydoni o‘zgargandagina yuzaga kelar ekan. Ya’ni, magnit maydoning vositasida va temir o‘zakli g‘altak orqali elektr toki hosil qilish uchun magnit maydoni mavjudligining o‘zi yetarli emas; tok hosil bo‘lishi uchun magnit maydonining o‘zgarishi talab etiladi. Hozirda biz magnit maydoning o‘zgarishi tufayli elektr toki hosil bo‘lishi effektini elektromagnit induksiyasi deb ataymiz.

Dastlabki amaliy yutuqlardan ruhlangan Faradey natijalarni tahlil qilishga kirishdi va tez orada shuni aniqladiki, kontur bo‘ylab oqayotgan elektr zaryadi, shu kontur orqali o‘tayotgan magnit oqimining o‘zgarishiga teskari proporsional ekan. Tasavvur qiling, tok o‘tkazayotgan berk kontur bir varaq qog‘oz ustiga joylangan. Ushbu qog‘oz orqali magnit oqimining kuch chiziqlari o‘tadi. Magnit oqimi deb, kontur yuzasi bilan, ushbu yuzani perpendikulyar kesib o‘tayotgan magnit maydoni kuchlanganligining ko‘paytmasiga aytiladi. Magnit maydoni kuchlanganligi esa shartli ravishda aytish mumkinki, ushbu maydonning kuch chiziqlari sonidan iborat bo‘ladi.

Faradey qonuning olim o‘zi shakllantirgan dastlabki talqini quyidagicha yangragan: «Kontur orqali o‘tayotgan magnit oqimi o‘zgarganida, ushbu konturda oqayotgan elektr zaryadi magnit maydoni o‘zgarishida proporsional o‘zgaradi, magnit maydoni esa elektr batareykasiga o‘xshash har qanday tashqi manbasiz ham o‘z-o‘zidan qo‘zg‘alishi mumkin».

Albatta, bu kabi biroz mujmal ta’rifdan Mayk Faradey o‘zi ham qoniqmagan va unda amalda o‘lchash mushkul bo‘lgan elektr zaryadi qiymati aralashib qolgani bois, qonunni yanada soddaroq shaklda, hamda, o‘lchash osonroq bo‘lgan kattaliklar bilan bog‘lagan holda qaytadan ta’riflashga qaror qilgan. Buning uchun u ushbu elektromagnit induksiya qonuni bilan Om qonunini birlashtiradi va kontur orqali o‘tayotgan magnit oqimining o‘zgarishi natijasida yuzaga keladigan elektr yurituvchi kuchni (EYuK) aniqlash imkonini beruvchi formulani keltirib chiqaradi. Ba’zan, Faradeyning ushbu formulasini ta’riflashda, unga nisbatan elektromagnit induksiya uchun Faradeyning ikkinchi qonuni nomi ham qo‘llaniladi.

Kontur orqali o‘tayotgan magnit oqimini o‘zgartirishning uch xil usuli mavjud:

— Kontur yuzasini o‘zgartirish;

— Magnit maydoni intensivligini o‘zgartirish;

— Magnit maydoni va kontur yotgan tekislikning bir-biriga nisbatan oriyentatsiyasini o‘zgartirish.

Sanab o‘tilganlar ichida oxirgi usulning ishlashi bir qarashda imkonsizdek tuyiladi. Chunki, bunda na magnit maydoni kuchlanganligi va na kontur yuzasi o‘zgarmaydi. Lekin ushbu usul amalda benuqson ishlaydi. Uning ishlashining sababi shuki, bunday harakatda magnit maydoning proyeksiyasi kontur maydoniga nisbatan perpendikulyar o‘zgaradi. Hozirgi kunda qo‘llanayotgan barcha turdagi elektrogeneratorlarning ishlash mohiyati aynan shu usul bilan bog‘liqdir. Bunday generatorlarning eng oddiy va keng tarqalgan turida sim o‘ralgan kontur kuchli magnitning qutblari atrofida aylanadi. Aylanish jarayonida kontur orqali o‘tayotgan magnit oqimi muntazam o‘zgarib turgani bois, konturda doim tok oqib turadi. Lens qonuniga ko‘ra, konturning yarim aylanishi paytida (aylana bo‘ylab harakatning birinchi yarmida) hosil bo‘lgan tok qaysi tarafga qarab oqsa, ikkinchi yarim aylana paytida hosil bo‘lgan tok unga nisbatan qarama-qarshi tarafga oqadi. Bizga yaxshi tanish bo‘lgan va xonadonlarimizdagi rozetkalarga yetib kelib turgan o‘zgaruvchan tok aynan shu usul bilan hosil qilinadi.

Daho olim Faradeyning insoniyat sivilizatsiyasiga qo‘shgan hissasining ko‘lamini baholash qiyin. U ochgan elektromagnit induksiya qonuni asosida ishlaydigan elektrogeneratorlar shu choqqacha odamzot erishgan texnologik taraqqiyot uchun benihoya katta ahamiyat kasb etdi, kasb etmoqda va kelajakda ham shunday bo‘lib qolaverdi.