تعريف الحث الكهرومغناطيسي وانواعه

ما هو الحث الكهرومغناطيسي

ينتج الحث الكهرومغناطيسي تيارًا كهربائيًا بسبب توليد الجهد الكهربائي الناتج عن المجال المغناطيسي المتغير.

يمكن أن يحدث هذا إما عند وضع موصل في مجال مغناطيسي متحرك عند استخدام مصدر طاقة التيار المتردد، أو عندما يتحرك الموصل باستمرار في مجال مغناطيسي ثابت.

قام مايكل فاراداي، الذي اكتشف الحث الكهرومغناطيسي، بترتيب سلك موصل يرتبط بجهاز لقياس الجهد في الدائرة، وعندما يتم تحريك قضيب مغناطيسي خلال اللف، يقيس كاشف الجهد الجهد في الدائرة، واكتشف من خلال تجربته أن هناك عوامل معينة تؤثر على إنتاج هذا الجهد

الحث الكهرومغناطيسي ملخص 

عندما يَمُرُّ تيارٌ مستمرٌ عبرَ موصِلٍ طويلٍ مستقيمٍ، تنشأُ قوةٌ مغناطيسيةٌ وحقلٌ مغناطيسيٌّ ثابتٌ حولَهُ.

يتناسب تطور التدفق المغناطيسي حول الملف مع كمية التيار المتدفق في لفات الملف، وهذا موضح في الصورة، وإذا تم قطع طبقات إضافية من الأسلاك في نفس الملف بنفس التيار الذي يتدفق خلالها، فسيزداد قوة المجال المغناطيسي الثابت.

لذلك، يتم تحديد شدة المجال المغناطيسي للملف عن طريق لفات الأمبير للملف، ومع زيادة عدد لفات الأسلاك داخل الملف، تزداد قوة المجال المغناطيسي الساكن حوله.

وإذا عكسنا هذه الفكرة بفصل التيار الكهربائي عن الملف، ووضعنا قضيبًا مغناطيسيًا داخل قلب ملف السلك بدلاً من الجوف، وحركنا هذا المغناطيس داخل الملف باتجاهين،”للداخل” و”للخارج”، سيتم تنشيط التيار الكهربائي داخل الملف بسبب الحركة الفيزيائية للتدفق المغناطيسي داخله.

وبالمثل ، إذا أبقينا قضيب المغناطيس ثابتًا وحركنا الملف ذهابًا وإيابًا داخل المجال المغناطيسي ، فسيحدث تيار كهربائي في الملف. ثم عن طريق تحريك السلك أو تغيير المجال المغناطيسي ، يمكننا إحداث جهد وتيار داخل الملف وتعرف هذه العملية باسم الحث الكهرومغناطيسي وهي المبدأ الأساسي لتشغيل المحولات والمحركات والمولدات.

اكتشف مايكل فاراداي الحث الكهرومغناطيسي لأول مرة في الثلاثينيات من القرن التاسع عشر، ولاحظ أن حركة المغناطيس الدائم داخل وخارج أسلاك اللفافات أو الحلقات ينتج مجالات كهرومغناطيسية وجهد، وبالتالي يتم إنتاج تيار كهربائي.

اكتشف مايكل فاراداي طريقة لإنتاج تيار كهربائي في دائرة باستخدام قوة المجال المغناطيسي فقط، وليس البطاريات، وهذا يؤدي بعد ذلك إلى وجود قانون هام يربط بين الكهرباء والمغناطيسية، وهو قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.

عندما يتم تحريك المغناطيس ، فإن المؤشر أو الإبرة الخاصة بجلفانومتر ، والذي يعد في الأساس مقياسًا حساسًا للغاية للملف المتحرك ذي نقطة الصفر ، سينحرف بعيدًا عن موضعه المركزي في اتجاه واحد فقط ، عندما يتوقف المغناطيس عن الحركة ويظل ثابتًا فيما يتعلق بالملف ، تعود إبرة الجلفانومتر إلى الصفر حيث لا توجد حركة فيزيائية للمجال المغناطيسي.

بالمثل، عندما يتم تحريك المغناطيس بعيدًا عن الملف في الاتجاه المعاكس، تنحرف إبرة الجلفانومتر في الاتجاه المعاكس أيضًا، وذلك يشير إلى حدوث تغيير في القطبية.

 عند تحريك المغناطيس ذهابًا وإيابًا باتجاه الملف، ستنحرف إبرة الجالفانومتر إلى اليسار أو اليمين بشكل إيجابي أو سلبي، وذلك بالنسبة للحركة الاتجاهية للمغناطيس.

الحث الكهرومغناطيسي بواسطة مغناطيس متحرك

إذا كان المغناطيس ثابتًا الآن وتم تحريك الملف فقط باتجاه المغناطيس أو بعيدًا عنه ، فإن إبرة الجلفانومتر ستنحرف أيضًا في أي اتجاه ، بعد ذلك ، يؤدي عمل تحريك ملف أو حلقة من الأسلاك عبر مجال مغناطيسي إلى إحداث جهد في الملف حيث يتناسب حجم هذا الجهد المستحث مع سرعة أو سرعة الحركة.

بإمكاننا ملاحظة أن كلما زادت سرعة حركة المجال المغناطيسي، زادت قوة emf المستحثة أو الجهد في الملف. لذلك، لتطبيق قانون فاراداي، يجب أن يكون هناك حركة نسبية أو حركة بين الملف والمجال المغناطيسي، حيث يمكن أن يتحرك المجال المغناطيسي أو الملف أو كلاهما.

قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي

يوجد علاقة بين الجهد الكهربائي والمجال المغناطيسي المتغير، وينص قانون فاراداي الشهير للحث الكهرومغناطيسي على أن الجهد المستحث في دائرة يحدث عند وجود حركة نسبية بين موصل ومغناطيسي، ويتناسب حجم هذا الجهد مع معدل تغير التدفق

ببساطة، الحث الكهرومغناطيسي هو عملية استخدام المجالات المغناطيسية لإنتاج جهد كهربائي في دائرة مغلقة.

يتم تحديد مقدار الجهد (emf) الذي يمكن إحداثه في الملف باستخدام المغناطيسية فقط بالاستناد إلى العوامل الثلاثة المختلفة التالية.

• زيادة عدد لفات السلك في الملف: بزيادة كمية الموصلات الفردية التي تقطع المجال المغناطيسي، يتم توليد مستوى emf المستحث بمجموع الحلقات الفردية للملف، لذلك إذا كان هناك 20 لفة في الملف، سيتم توليد 20 مرة من مستوى emf المستحث من قطعة واحدة من الأسلاك.
• زيادة سرعة الحركة النسبية بين الملف والمغناطيس: إذا مر السلك نفس المجال المغناطيسي الذي مر به سابقًا، ولكن زادت سرعته، فسيؤدي ذلك إلى قطع خطوط التدفق بمعدل أسرع، مما يزيد من قيمة الـemf المتولدة في السلك.
•  زيادة قوة المجال المغناطيسي: في حال تم نقل نفس الملف عبر السلك بنفس السرعة وعبر مجال مغناطيسي أقوى، سيتم إنتاج المزيد من emf بسبب زيادة خطوط القوة للقطع.

قانون لينز للحث الكهرومغناطيسي

يخبرنا قانون فاراداي أن إحداث جهد في موصل يمكن أن يتم إما عن طريق تمريره عبر مجال مغناطيسي ، أو عن طريق تحريك المجال المغناطيسي بعد الموصل وأنه إذا كان هذا الموصل جزءًا من دائرة مغلقة ، فسوف يتدفق تيار كهربائي ،، يُطلق على هذا الجهد اسم emf المستحث لأنه تم تحريضه في الموصل بواسطة مجال مغناطيسي متغير بسبب الحث الكهرومغناطيسي مع الإشارة السالبة في قانون فاراداي التي تخبرنا باتجاه التيار المستحث (أو قطبية emf المستحثة).

ومع ذلك، التيار المتناوب المتغير ينتج تيارا متغيرا عبر الملف الذي بدوره ينتج مجالا مغناطيسيا كما رأينا في البرنامج التعليمي للمغناطيسية الكهربائية. يعارض هذا التيار المتولد تغيرا في الملف وباتجاهه، وكلما زاد معدل تغير التيار، زادت القوة الكهرومغناطيسية المضادة بشكل مقابل. وهذا يتعارض مع قانون لينز لتغير التيار في الملف، وبسبب اتجاهه، يشار إلى هذا التيار المتولد تلقائيا عموما بـ back-emf .

ينص قانون لينز على ما يلي: يتميز اتجاه الجهد المتحرك بأنه يعارض دائمًا الحركة أو التغيير الذي يسببه، وبالتالي، يعارض التيار المستحث دائمًا الحركة أو التغيير الذي تسببه الجهد المتحرك، وهذا المفهوم موجود في تحليل الحث.

وعندما ينخفض التدفق المغناطيسي، سيعارض الجهد الكهرومغناطيسي المولد هذا الانخفاض من خلال إنتاج تدفق مغناطيسي واستحثاثه في اتجاه يضيف إلى التدفق الأصلي.

يعد قانون لينز واحدًا من القوانين الأساسية في الحث الكهرومغناطيسي لتحديد اتجاه تدفق التيارات المستحثة، ويرتبط بقانون حفظ الطاقة.

تطبيقات الحث الكهرومغناطيسي

يتناسب كمية الجهد المستحث في الملف وعدد لفات الملف ومعدل تغيير المجال المغناطيسي وفقًا لقانون فاراداي، وهناك العديد من التطبيقات التي تعتمد على هذا المبدأ، مثل: (يتبع)

• مولد التيار المتردد.
• عمل المحولات الكهربائية.
• “يتوقف ذلك أيضًا على تدفق المجال المغناطيسي عن طريق الحث الكهرومغناطيسي.