Sv: Veisalting

[Griffel]

Denne historien var egentlig klar da Elbil forum brøt sammen sist og jeg glemte at den ikke lå inne. Dette var også den siste av denne typen jeg planla å skrive for dermed tror jeg at jeg har dekket SI systemets elektriske enheter, og noen ikke elektriske.

Historie:
Det er ikke alltid at forholdene ligger til rette for de virkelig store oppdagerne. Dette er en liten historie om to litt beslektede skjebner til to utrolige genier, som altså fikk 2 litt beslektede SI enheter oppkalt etter seg.

Michael Faraday oppdaget fenomenet induktans, og fikke SI enheten for kapasitans oppkalt etter seg mens Joseph Henry ble æret med enheten for induktans.

Benjamin Franklin 1706-1790 regnes som USAs første videnskapsmann, som nr. 2 regnes Joseph Henry. Han ble født i New York i 1797. Michael Faraday var født noen år tidligere i 1791 sør i London.

Begge fulgte de i Benjamin Franklin fotspor og studerte elektriske fenomener og uavhengig av hverandre oppdaget de de elektromagnetiske fenomenene som kalles induksjon.

Begge var fra fattige familier. Josefs far døde tidlig og han vokste opp hos bestemor, Michael var en i en søskenflokk på ti, med en far som ofte var uten jobb på grunn av dårlig helse.

Begge begynte i håndverklære som 13åringer. Josef Henry ville egentlig bli skuespiller men begynte i lære som urmaker og gullsmed, Michael Faraday begynte i lære som bokbinder.

Begge var interessert i bøker Josef fattet interesse for naturvidenskap etter at han kom over en bok om eksperimenter med naturvidenskaplige fenomener. Michael leste bøker om videnskaplige emner som kom til innbinding, og han ble medlem av en gruppe ungdom som diskuterte naturfenomener og drev med kjemiske eksperimenter som hobby.

Noen hadde lagt merke til Joseph Henrys begavelse og sørget for at han fikk studere gratis mens han forsørget seg som privatlærer.
En av Michael Faraday kunder var så imponert over  Michaels interesse for naturfenomener at han skaffet adgangsbilletter til åpne videnskaplige forelesninger.

Kjemi var grunnlaget for begge. Det som fantes av elektrisk strøm dengang kom jo da fra enkle primærbatterier. Hver for seg kom de til å studere forholdet mellom magnetisme og elektrisk strøm som Ørsted hadde oppdaget, og begge oppdaget fenomenet selvinduksjon.

Ørsteds oppdagelse av at en magnetnål stilte seg vinkelrett på en ledning som førte elektrisk strøm var en stor overraskelse, en var jo vant til at krefter enten trakk eller skjøv, men her stilte nåla seg altså på tvers. Faraday konkluderte da med at rundt ledningen oppsto et kraftfelt som virket på tvers.

Henry laget en elektrisk maskin som vippet fram og tilbake ved hjelp av to elektromagneter, mens Faraday laget en som roterte, og han var også den første til å lage strøm ved å bevege en magnet, dette var i 1831.

Faraday var raskest ute med offentliggjøring av resultatene av sine eksprementer og det er han som regnes som oppdager av fenomenet induksjon, men SI enheten for induktans fikk  Henry, (altså henry).

(Egentlig var det kanskje Italieneren Francesco Zantedeschi som var først ute og burde hatt æren for dette, men vi får være glade til at vi slapp unna enheten zantedeschi?)

Siden Henry fikk enheten for induktans måtte nesten Faraday få en annen enhet og det ble enheten for kapasitans som heter farad. Siden det var magnetisme og induksjon han er berømt for ville kanskje andre begreper vært mer nærliggende, men siden spoler og kondensatorer benyttes for å lage svingekretser, og det er visse likheter når det gjelder motstand i vekselstrømkretser var det kanskje naturlig valg.

Litt fysikk:
Er det noen likheter mellom induktans (spole) og kapasitans (kondensator)? Ja, nei og nesten motsatt:

Begge kan lagre energi. Energi lagret i spole er proporsjonal med induktansen (henry) og strømmen (ampere) i 2. potens E=LI²/2 (hvor E=energi i jule, L=induktans i henry I=strøm i ampere).

Så lenge vi ikke har superledere er det upraktisk å lagre energi på denne måten. Energien går rask over til varme på grunn av motstanden i spolen.

Energien i en kondensator er proporsjonal med kapasiteten (farad) og spenningen (volt) i 2. potens E=CU²/2 (hvor C=kapasitet i farad, U=spenning i volt).

Denne formen for lagring er relativt god, men kondensatorer har så langt blitt store i forhold til energien de kan lagre. Med nanoteknologi kan det endre seg ganske snart.

En mekanisk sammenligning:
induktans, et svinghjul, energien frigjøres når hjulet bremses. 
kapasitans: en trykktank, energien frigjøres når en slipper ut trykket.

Induktans og kapasitans har en sammenheng med reaktiv motstand i en vekselstrøkrets.

Om vi se bort fra likestrømsmotstand (resistans) er reaktansen (motstanden) i en spole Xi =2pFL (X=reaktans i ohm, F=frekvens i hertz),
Og for kondensatoren er reaktansen Xc = -1/(2pFC).

- sier at de virker i hver sin retning (kondensator strømmen ligger 90grader foran spenningen mens strømmen i induktansen ligger 90 grader bak) samlet reaktans blir da X=Xi+Xc. (husk at Xc er negativ).

Strømmen i en ohmsk motstand (resistans) ligger i fase med spenningen altså vinkel rett på strømmen i X. Når reaktansene er like store (Xi=-Xc) har vi resonans.

Faradays lov sier at den elektromotoriske kraften (emk som måles i V) i en spole er proporsjonal med endrings hastigheten av den magnetiske fluxen i spolen.

Det vil si at dersom induktansen i en spole er 1H (henry) og strømmen i spolen endrer seg 1A (ampere) per sekund genereres en elektromotorisk kraft på 1V (volt). 

Kjente induktorer er coilen i en fossil motor, der en liten strøm lagrer energi i en elektromagnet, når strømmen brytes og magnetfeltet kollapser lager det en gnist i pluggen.

Ellers er jo alle motorer og transformatorer elektromagnetiske apparater. Kondensatorer og spoler finner vi også som komponenter i motordriftene og DC- DC omformeren, og om litt får vi kanskje superkondensatorer til erstatning for batterier og isåfall blir farad blir et daglig begrep i alle fall for oss med elbiler og hybridbiler.

[elektrolux]

Meget interresant lesning.

Skulle nesten hatt et særtrykk av disse skrivene dine. De er meget godt egnet som introduksjon til fysikkens lover for enhver whanaby eller blivende ingeniør.

[Lars C. Krogenæs]

Takk for nok en meget interessant artikkel Griffel!

Skal se om vi ikke kan "løfte" denne artikkel-serien inn på elbil.no

Til glede for lesere i alle aldre minner vi om:

Fysikk og Historie: To sider av samme sak (Ohm og Siemens)

Fysikk og Historie: Den andre siden av saken (siemens*ohm=1)

Fysikk og Historie: Hertz og hertz

Fysikk og Historie: James Prescott Joule og joule

Fysikk og Historie: SI systemet, Ampere og Coulomb

Fysikk og historie: James Watt og watt (W)