مدة القراءة

3 دقائق

بحث كامل حول الحث الكهرومغناطيسي

5179 قراءة

قبل الخوض في حديثنا حول الحث الكهرومغناطيسي يجدر الإشارة لمفهوم التدفق المغناطيسي، وهو عدد الخطوط الموجودة في أي مجال مغناطيسي يمر على سطح محدد ومغلق، ويساعد التدفق المغناطيسي في قياس هذا المجال المغناطيسي، ووحدة قياسه هي Wb.

يرتبط التدفق المغناطيسي بعدد خطوط المجال والمساحة بعلاقة طردية، كما تربطه بالزاوية علاقة عكسية، وفي حالة تحريك المغناطيس يتغير مستوى التدفق المغناطيسي ومن هنا يتكون الحث الكهرومغناطيسي (1) وهو موضوع حديثنا اليوم.

تعريف الحث الكهرومغناطيسي 

اكتشف مايكل فاراداي الحث الكهرومغناطيسي عام 1831م، ويمكننا تعريف الحث الكهرومغناطيسي بأنه عبارة عن تيار يتم إنتاجه عندما يُوضع موصل في مجال مغناطيسي متحرك أو عندما يتحرك الموصل في مجال مغناطيسي ثابت.

بمعنى آخر يمكننا القول بأن الحث الكهرومغناطيسي يشير إلى إنتاج الجهد (EMF) من خلال موصل كهربي يتم وضعه في مجال مغناطيسي معين في دائرة مغلقة، وبالتالي ستكون القوة الكهربائية المستحثة مساوية لمعدل التغير في التدفق المغناطيسي.

تكمن أهمية هذا الاكتشاف العظيم في إمكانية إنتاج الطاقة الكهربائية باستخدام المجالات المغناطيسية وليس فقط البطاريات، وبالتالي فإذا نظرنا إلى الآلات في وقتنا هذا فسنجد أنها تعتمد على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. (2)

تجربة الحث الكهرومغناطيسي لـ مايكل فاراداي

قام مايكل فاراداي بإحضار سلك توصيل ومغناطيس موصل بجهاز قياس الجهد، ثم عمل على تحريك المغناطيس ليقيس الجهد، ومن خلال التجربة توصل فاراداي إلى أن هناك بعض العوامل هي التي تؤثر على إنتاج الجهد، وهي:

– يتناسب الجهد مع عدد اللفات التي أداها المغناطيس؛ كلما زاد عدد اللفات زاد إنتاج الجهد.
– عندما يتم تغيير المجال المغناطيسي فإن ذلك يؤثر على الجهد المستحث، ويتم هذا التغيير إما في حالة تحريك موصل حول المجال المغناطيسي أو العكس.

تجربة الحث الكهرومغناطيسي

 

قانون الحث الكهرومغناطيسي

من خلال ما قام به فاراداي من تجارب حول الحث الكهرومغناطيسي فقد تم التوصل إلى الصيغة الآتية: e = N × dΦ / dt

حيث إن:

e يعبر عن الجهد المستحث (ووحدة قياسه هي الفولت).
N هو عدد اللفات التي حدثت في التجربة.
Φ يرمز إلى التدفق المغناطيسي، أي مقدار المجال المغناطيسي على السطح (في Webbers).
t هو الوقت الذي تم استغراقه في التجربة ويتم حسابه بالثواني. (3)

تطبيقات الحث الكهرومغناطيسي

يمكننا تقسيم تطبيقات الحث الكهرومغناطيسي إلى ثلاث:

– الحث الكهرومغناطيسي في مولد التيار المتردد.
– المحولات الكهربائية.
– مقياس التدفق المغناطيسي.

الحث الكهرومغناطيسي في مولد التيار المتردد

يعد توليد التيار المتردد أحد أهم التطبيقات للتحريض الكهرومغناطيسي، فمثلًا: في حالة توليد تيار متردد بسعة إخراج 100 ميجا فولت، ثم يدور في المجال المغناطيسي B، فإن المنطقة الفعالة ستكون A cosθ، حيث θ هي الزاوية بين A و B.

وكطريقة لتغيير التدفق المغناطيسي يمكن تشغيل مولد تيار متردد بسيط، وجعل محور الدوران متعامد مع اتجاه المجال المغناطيسي؛ مما يُسبب تغيير التدفق وزيادة الحث.

الحث الكهرومغناطيسي في مولد التيار المتردد

المحولات الكهربائية

المحول الكهربائي هو تطبيق آخر للحث الكهرومغناطيسي، حيث إن المحول يعمل على تغيير الطاقة الكهربائية للتيار المتردد من مستوى جهد إلى مستوى آخر عن طريق عمل المجال المغناطيسي.

وهناك أيضًا المحول التدريجي، وهو ذلك المحول الذي يكون فيه الجهد أعلى في الجهد الأساسي من الجهد الثانوي، وأما عن المحول التصاعدي فهو الذي يكون فيه الجهد الثانوي أكثر دورانًا من غيره.

وبالنظر إلى شركات الطاقة نجد أنهم يستخدمون محول لزيادة الجهد إلى 100 كيلو فولت؛ لتقليل التيار وتقليل فقد الطاقة في خطوط النقل، أما الدوائر التي يتم استخدامها في المنازل فهي محولات تنازلية لتقليل الجهد إلى 120 أو 240 فولت. (4)

أمثلة محلولة على الحث الكهرومغناطيسي

المثال الأول

احسب EMF المستحث في حالة كان تغير التدفق المغناطيسي المرتبط بالملف من 12 × 10-3 Wb إلى 6 x 10-3 Wb في 0.01 ثانية.

الحل

المثال الأول على الحث الكهرومغناطيسي

المثال الثاني

في حالة وضع الملف اللولبي الطويل الذي يحتوي على 15 دورة في كل سم ومنطقة صغيرة من 2 سم 2 في ملف لولبي إلى محوره. قم بالبحث عن emf المستحث في الحلقة، بينما التيار الذي يحمله الملف اللولبي يتغير بثبات من 2.0 أمبير إلى 4.0 أمبير في 0.1 ثانية.

الحل

المثال الثاني على الحث الكهرومغناطيسي

المثال الثالث

Q. يتحرك طول السلك المستقيم 0.20 م بسرعة ثابتة تبلغ 3.0 مللي ثانية -1 بزاوية قائمة إلى المجال المغناطيسي لكثافة التدفق 0.10 T.

الحل

0.5 فولت
0.06 فولت
0.05 فولت
0.04 فولت
الجواب: 0.06 فولت

أقرا ايضا : الواح من الجرافين تصير أقوى من الألماس عند اصطدامها برصاصة.