الحث الكهرومغناطيسي وقانون فاراداي
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| electromagnetic induction/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk ɪnˈdʌkʃn/ | الحث الكهرومغناطيسي |
| magnetic flux/mæɡˈnetɪk flʌks/ | التدفق المغناطيسي |
حرّك مغناطساً قرب ملف — وأنتِج كهرباء
- ادفع مغناطساً داخل وخارج ملف من السلك ويتدفق تيار، بدون بطارية على الإطلاق.
- تحريك المغناطيس يُولّد جهداً — وهو عكس تأثير المحرك.
- هذه هي الحث الكهرومغناطيسي، وهي التي تُشغّل كل مولد على الأرض.
- كل محطة توليد، من الفحم إلى الرياح، هي في الأساس تدوير مغناطسات قرب ملفات.
المجال المتغير يُحثّ جهداً
- ما يهم هو تغير في المجال المغناطيسي عبر الملف — وهو التدفق.
- التدفق المتغير يُحدث جهدًا (قوة دافعة كهربائية) في الملف.
- حرك المغناطيس، أو أدر الملف، أو شغّل تيارًا وأطفئه — أي تغيير يعمل.
- ابقِ كل شيء ثابتًا ويختفي الجهد المُحرض؛ إن التغير هو ما يهم.
استحث تياراً كهربائياً
حرك مغناطيساً داخل ملف لولبي بسرعات مختلفة وراقب تغير التيار المستحث.
ما المطلوب لاستحث الجهد في ملف لولبي؟
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
فقط التغير في التدفق يستحث قوة دافعة؛ المجال الثابت لا يفعل شيئاً.
قانون فاراداي
- قانون فاراداي: القوة الدافعة الكهربائية المحرّدة تساوي معدل تغير التدفق، $\varepsilon = -N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$.
- $N$ هو عدد اللفات، و $\Phi$ التدفق المغناطيسي عبر كل لفة.
- التغير الأكثر سرعة، أو المزيد من اللفات، يُنتج جهدًا أكبر مُحرضًا.
- الإشارة السالبة هي قانون لنز — التيار المحرّد يعارض التغير الذي تسببه.
ملف لولبي به $100$ لفات يتغير فيه التدفق بمقدار $0.02\ \text{Wb}$ في $0.5\ \text{s}$. ما مقدار القوة الدافعة الكهربائية المستثرة، بـ $\text{V}$؟
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$|\varepsilon| = N\Delta\Phi/\Delta t = 100 \times 0.02/0.5 = 4\ \text{V}$.
زيادة عدد اللفات في الملف تجعل القوة الدافعة المستثرة:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\varepsilon = -N\Delta\Phi/\Delta t$: اللفات الأكثر $N$ تعطي قوة دافعة أكبر.
الإشارة السالبة في قانون فاراداي هي ____: التيار المستحث يعاكس التغير.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
قانون لنز: التيار المستحث يعاكس التغير في التدفق الذي نتج عنه.
المولدات والمحولات
- المولد يدور ملفًا في مجال، مما يغيّر التدفق باستمرار لإنتاج تيار متردد.
- المحول الكهربائي يستخدم تيارًا متغيرًا في ملف واحد لتحفيز جهد في ملف آخر.
- كلاهما مجرد تطبيق لقانون فاراداي، حيث يحول الحركة (أو التيار المتغير) إلى جهد.
- الحث هو الجسر ثنائي الاتجاه بين الكهرباء والمغناطيسية.
المغناطيس الثابت داخل الملف يولد تياراً مستمراً.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
لا تغير في التدفق يعني لا تيار مستحث — يجب أن يكون المغناطيس في حركة.
حدد جميع الطرق لزيادة القوة الدافعة المستثرة في ملف لولبي.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
التغير الأسرع، أو اللفات الأكثر، أو المغناطيس الأقوى يرفعون القوة الدافعة. البقاء ثابتاً لا يستحث شيئاً.
الاستدراج يحتاج تدفقًا متغيرًا، وليس مجرد مجال. مغناطيس ساكن داخل ملف لا يُحرض أي تيار — بل تحريكه فقط (إحداث تغير في التدفق) يفعل ذلك. وقانون لنز (الإشارة السالبة) يعني أن التيار المحرّد دائمًا يعارض التغير المسبب له.
ملف يحتوي على $N = 100$ لفّة يتغير تدفقها بمقدار $\Delta\Phi = 0.02\ \text{Wb}$ خلال $\Delta t = 0.5\ \text{s}$. أوجد مقدار القوة الدافعة الكهربية المحفزة.
- $|\varepsilon| = N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t} = 100 \times \dfrac{0.02}{0.5} = 4\ \text{V}$.
غيّر التدفق أسرع (أصغر $\Delta t$) ويزداد الجهد المحفز.
الحث الكهرومغناطيسي: تدفق مغناطيسي متغير يحفز قوة دافعة كهربية. قانون فاراداي: $\varepsilon = -N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$ — التغير الأسرع أو عدد اللفات الأكبر يعني جهدًا أعلى. الإشارة السالبة تمثل قانون لينز (التيار المحفز يعاكس التغيير). المولدات والمحولات جميعها تعمل بهذا المبدأ.