ماهو قانون فاراداي
عبر الزمن، بذل العلماء جهودا كبيرة في كشف الكثير من الظواهر الطبيعية والفيزيائية المختلفة وتأثيرها على البيئة وحياة الإنسان، والتي تم تصنيفها فيما بعد باسم علم الفيزياء. ومن بين أهم هذه الاكتشافات، اكتشف العالم الإنجليزي مايكل فاراداي عام 1830م الحث الكهرومغناطيسي الناتج عن الجمع بين المجال المغناطيسي وملف توليد الكهرباء، وأدى هذا الاكتشاف إلى توليد طاقة ثالثة أقوى يطلق عليها اسم القوة الكهرومغناطيسية، وصياغة قانون خاص بهذه الظاهرة أطلق عليه اسم (قانون فاراداي).
نص قانون فاراداي
وفقا لهذا القانون، يتناسب الجهد الناشئ في الدائرة الكهربائية مع التغير في التدفق المغناطيسي مع مرور الوقت. وهذا يعني أن أي تغيير في شدة المجال المغناطيسي يؤدي إلى توليد قوة دافعة كهربائية. ويمكن أن يحدث هذا التغيير نتيجة لتحريك الملف أو تغيير اتجاه المجال المغناطيسي أو تغيير الأسلاك أو أي تغير آخر. وقد تم إجراء العديد من التجار لتوضيح هذا الأمر .
اكتشف العالم فاراداي أن زيادة عدد أجزاء المجال المغناطيسي المستخدمة في الدائرة تؤدي إلى زيادة في شدة التيار الكهربائي، وبالتالي تزيد شدة وعدد أجزاء المجال المغناطيسي. وبالمثل، كلما زادت قطع المغناطيس، زادت شدة التيار والعكس صحيح. لخص فاراداي هذا الاكتشاف عن طريق إشارة إلى وجود بعض العوامل التي تؤثر مباشرة على قيمة القوة الدافعة الكهربائية (e.m.f)، ومن بين تلك العوامل
يمكن التحكم في شدة المجال المغناطيسي سواء بإبعاد المغناطيس أو تقريبه من الملف، حيث يزداد القوة الكهربائية كلما اقترب المغناطيس والعكس .
يمكن تغيير موقع الملف سواء بإبعاده أو تقريبه أيضًا عن المجال المغناطيسي .
يتم حساب عدد اللفات الموجودة داخل الملف والأسلاك الموجودة حول المغناطيس .
يشير عدد القطع المغناطيسية التي تم استخدامها لتوليد المجال المغناطيسي .
تتضمن عملية تدوير أو تغيير اتجاه الملف المغناطيسي في العلاج .
صيغة قانون فاراداي
تم صياغة هذا القانون بناءً على النتائج السابقة التي وصل إليها العالم فاراداي، ويأتي على النحو التالي:
تُقاس القوة الدافعة الكهربائية بوحدة الفولت، وتُحسب بالتالي: `القوة الدافعة الكهربائية = عدد اللفات × معدل تغير التدفق المغناطيسي بالنسبة للوقت` .
قيمة التدفق المغناطيسي = مساحة الملف × شدة المجال وتُقاس بوحدة (الويبر) .
تطبيقات قانون فاراداي في الفيزياء
قانون فاراداي أدى إلى اكتشاف واستخدام العديد من التطبيقات العلمية الهامة، ومن بين أهمها:
يتم استخدام المحولات الكهربائية لنقل الطاقة الكهربائية من مكان التوليد إلى مكان الاستخدام، بالإضافة إلى قدرتها على رفع أو خفض قيمة الجهد الكهربائي والتيار .
يتم توليد الطاقة الكهربائية داخل المولدات من خلال حركة الملف داخل المجال المغناطيسي المحيط به .
مسائل قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي
بعض مسائل على قانون فاراداي :
-مثال (1) : اثنان من الملفات المتجاورة هما A و B. حسب مقدار القوة الدافعة الكهربائية (e.m.f) التي تولد في الملف A عند مرور تيار كهربائي بمقدار 3 أمبير عبر الملف B ويتلاشى في زمن قدره 0.02 ثانية، علما بأن معامل الحث المتبادل بين الملفين يساوي 0.4 هنري .
الإجابة :
مثال (2) : تم تقدير معامل الحث الذاتي لملف ما بقيمة 2.0 H، ويتوجب حساب القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بين طرفي هذا الملف عندما تعبر شدة التيار الكهربائي المار به قيمة 12 أمبير، وذلك بعد انقضاء فترة زمنية قدرها 1/4 دقيقة (15 ثانية) حيث يكون التيار معدوم .
الإجابة :
مثال (3) : يكون لدينا سلك مستقيم بطول 1 متر، ويرتفع هذا السلك عموديا فوق مجال مغناطيسي بكثافة تبلغ 0.8 تسلا، وبسرعة 4 متر/الثانية، قم بحساب القوة الدافعة الكهربائية المتولدة في هذا السلك باستخدام قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي .
الإجابة :
