Question

شرح ملخص الحث الكهرومغناطيسي؟ ما هو الحث الكهرومغناطيسي - قوانين الحث الكهرومغناطيسي من كتاب الفيزياء 

ما المقصود بالحث الكهرومغناطيسي 

أمثلة على قوانين الحث الكهرومغناطيسي 

شرح ملخص الحث الكهرومغناطيسي 

قوانين الحث الكهرومغناطيسي

مرحباً بكم متابعينا الأعزاء طلاب وطالبات العلم  في موقعنا النورس العربي منبع المعلومات والحلول الذي يقدم لكم أفضل الأسئله بإجابتها الصحيحه من شتى المجالات التعلمية من مقرر المناهج التعليمية  والثقافية ويسعدنا أن نقدم لكم حل السؤال الذي يقول........ شرح ملخص الحث الكهرومغناطيسي؟ ما هو الحث الكهرومغناطيسي - قوانين الحث الكهرومغناطيسي من كتاب الفيزياء

الإجابة هي كالتالي 

اولاً ما هو الحث الكهرومغناطيسي 

يعرف الحث الكهرومغناطيسي بأنه إنتاج القوة الدافعة الكهربائية (EMF) التي تنشأ نتيجة للحركة النسبية بين المجال المغناطيسي والموصل،إذ تم اكتشافه في عام 1831 من قبل مايكل فاراداي، ويضع الأساس لتوليد الكهرباء في محطات الطاقة والمحركات الكهربائية ودوائر التيار المتردد التي تزود الشبكة الكهربائية والمحولات والعديد من الظواهر

ملخص 

الحث الكهرومغناطيسي 

عندما يمر تيار مستمر عبر موصل طويل مستقيم  تنشأ قوة مغنطة وحقل مغناطيسي ثابت حوله.

تطور التدفق المغناطيسي حول الملف متناسبًا مع كمية التيار المتدفق في لفات الملفات كما هو موضح ، إذا تم جرح طبقات إضافية من الأسلاك على نفس الملف مع نفس التيار الذي يتدفق عبرها ، فستزداد قوة المجال المغناطيسي الثابت.

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

ولكن ماذا لو عكسنا هذه الفكرة بفصل التيار الكهربائي عن الملف وبدلاً من الجوف وضعنا قضيبًا مغناطيسيًا داخل قلب ملف السلك ، بتحريك مغناطيس الشريط هذا “للداخل” و “للخارج” من الملف ، سيتم تحفيز التيار داخل الملف عن طريق الحركة الفيزيائية للتدفق المغناطيسي بداخله.

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.

تم اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي لأول مرة في ثلاثينيات القرن التاسع عشر بواسطة مايكل فاراداي ، لاحظت فاراداي أنه عندما انتقل المغناطيس الدائم داخل وخارج لفائف أو حلقة واحدة من الأسلاك أنه يتسبب في المجالات الكهرومغناطيسية ، وبعبارة أخرى والجهد، وبالتالي تم إنتاج تيار.

إذن ما اكتشفه مايكل فاراداي كان طريقة لإنتاج تيار كهربائي في دائرة باستخدام قوة المجال المغناطيسي فقط وليس البطاريات ، يؤدي هذا بعد ذلك إلى قانون مهم جدًا يربط الكهرباء بالمغناطيسية ، 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.

وبالمثل ، عندما يتم تحريك المغناطيس بعيدًا عن الملف في الاتجاه الآخر ، تنحرف إبرة الجلفانومتر في الاتجاه المعاكس فيما يتعلق بالإشارة الأولى إلى حدوث تغيير في القطبية.

 ثم بتحريك المغناطيس ذهابًا وإيابًا باتجاه الملف ، ستنحرف إبرة الجلفانومتر لليسار أو اليمين ، موجبًا أو سالبًا ، بالنسبة إلى الحركة 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.

ثم يمكننا أن نرى أنه كلما كانت حركة المجال المغناطيسي أسرع ، زادت قوة emf المستحثة أو الجهد في الملف ، لذلك لكي يثبت قانون فاراداي ، يجب أن تكون هناك حركة نسبية أو حركة بين الملف والمجال المغناطيسي و يمكن أن يتحرك المجال المغناطيسي أو الملف أو كلاهما

قوانين الحث الكهرومغناطيسي 

اولاً قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي

سمّي قانون فارادي للحث المغناطيسي بهذا الاسم نسبة إلى العالم الإنجليزي مايكل فارادي، 

من هو مايكل فارادي؟

مايكل فاراداي (بالإنجليزية: Michael Faraday)، هو فيزيائي كيميائي إنجليزي ساهمت تجاربه بشكلٍ كبير في فهم الكهرومغناطيسية، وقد بدأ حياته المهنية ككيميائي، واكتشف عددًا من المركبات العضوية الجديدة، ومن بينها البنزين، وكان أول من قام بتسييل غازٍ دائم؛ وهي الغازات التي كان يُعتقد أنه لا يمكن تسييلها أي تحويلها إلى الحالة السائلة، كما بشكلٍ كبير في مجال الكهرباء والمغناطيسية، فقد كان أول من أنتج تيارًا كهربائيًا من مجالٍ مغناطيسي، واخترع المحرك الكهربائي الأول والدينامو، وأظهر العلاقة بين الكهرباء والترابط الكيميائي، واكتشف تأثير المغناطيسية على الضوء

وينص قانون فاراداي على أن الجهد الكهربائي المستحث في دارة كهربائيّة، يتناسب مع معدّل التغيّر في التدفق المغناطيسي مع مرور الوقت في تلك الدارة، بمعنى أن أي تغيّر في شدة المجال سيتسبب في تولّد قوة دافعة كهربائية، بغض النظر عن السبب في التغيّر، وبفعل التجارب التي قام بها فاراداي بإضافة عدد معيّن من القطع المغناطيسيّة، اتضح أن العلاقة بين شدة التيّار الكهربائي وبين عدد القطع المغناطيسيّة هي علاقة طرديّة، فكلّما زاد عدد القطع زادت شدّة التيّار.

الصيغة الرياضيّة لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي

فيما يأتي الصيغة الرياضيّة لقانون فاراداي في الحث الكهرومغناطيسي

القوة الدافعة الكهربائية = عدد اللفات × معدل تغير التدفق المغناطيسي بالنسبة للزمن

ويمكن كتابة القانون بالرموز الإنجليزية كالآتي:

(EMF=N x (ΔΦ / Δt

EMF: القوة الدافعة الكهربائية، وتقاس بوحدة الفولت.

N: عدد الملفات.

ΔΦ / Δt: مقدار التغيّر في التدفق المغناطيسي بالنسبة للزمن.

وباللغة العربيّة كما يأتي:

ق د = ن * (ΔΦ / زΔ)

ق د: القوة الدافعة الكهربائية.

ن: عدد الملفات.

ΔΦ / Δt: مقدار التغيّر في التدفق المغناطيسي بالنسبة للزمن.

تطبيقات علميّة على قانون فاراداي

إحدى أهم التطبيقات العلميّة على قانون فاراداي هي المولّدات الكهربائيّة (Generators) إذ تعمل على توليد الكهرباء بالاستفادة من حركة المغناطيس والملفات الموجودة في داخلها، والتي تعمل على توليد جهد كهربائي تعتمد عليه في عملها ومن التطبيقات على قانون فارادي في الحث الكهرومغناطيسي أيضًا المحوّلات الكهربائية (Transformers)، والتي تعمل على رفع أو خفض القوة الدافعة الكهربائية المترددة الناتجة عن مصدر جهد كهربائي متردد دون أن يحدث أي تعديل على مقدار التردد

ثانياً من قوانين الحث الكهرومغناطيسي قانون لينز للحث الكهرومغناطيسي

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).

لكن التدفق المغناطيسي المتغير ينتج تيارًا متغيرًا من خلال الملف الذي ينتج هو نفسه مجاله المغناطيسي كما رأينا في البرنامج التعليمي للمغناطيسات الكهربائي ، هذا emf المستحث ذاتيًا يعارض التغيير الذي يسببه وكلما كان معدل تغيير التيار أسرع ، كلما كان emf المقابل أكبر ، وسوف يعارض قانون لينز هذا التغيير في التيار في الملف وبسبب اتجاهه ، يُطلق على هذا emf المستحث ذاتيًا بشكل عام back-emf .

ينص قانون لينز على ما يلي: “اتجاه emf المستحث هو من هذا القبيل بحيث يعارض دائمًا التغيير الذي يسببه”. ، بمعنى آخر ، فإن التيار المستحث سوف يعارض دائمًا الحركة أو التغيير الذي بدأ التيار المستحث في المقام الأول وهذه الفكرة موجودة في تحليل الحث.

وبالمثل ، إذا انخفض التدفق المغناطيسي ، فإن emf المستحث سوف يعارض هذا الانخفاض عن طريق توليد واستحثاث تدفق مغناطيسي يضيف إلى التدفق الأصلي.

قانون لينز هو أحد القوانين الأساسية في الحث الكهرومغناطيسي لتحديد اتجاه تدفق التيارات المستحثة ويرتبط بقانون حفظ الطاقة

Answer 1

اكتشاف قانون فارادي للحث الكهرومغناطيسي

كان من المعروف قديمًا أن التيارات الكهربائية يمكن تحويلها إلى قوةٍ مغناطيسية، ولكون فاراداي شخصٌ فضولي ومهتمٌ بالكهرباء والمغناطيسية، فقد عمل بجدٍ على هذا الموضوع، وقد أثمرت مثابرته عندما اكتشف أن المغناطيسية يمكن أن تخلق تيارًا كهربائيًا داخل المادة الموصلة، وقد استنتج فاراداي من هذا الاكتشاف أن تغيير المجال المغناطيسي، يؤدي إلى تحفيز تدفق الإلكترونات عبر المادة الموصلة، مما يؤدي إلى سريان تيّار كهربائي، وهو ما يعرف بالحث الكهرومغناطيسي (بالإنجليزيّة: Electromagnetic induction)، وقد وجد فارادي أن زيادة التغيّر في المجال المغناطيسي، تزيد من مقدار الجهد الكهربائي أيضًا