مسائل في الحث الكهرومغناطيسي

القوة المغناطيسية

القوة المغناطيسية هي قوة الجذب أو التنافر التي تحدث بين أقطاب المغناطيس والجزيئات المتحركة المشحونة بالكهرباء،وهي نتيجة للقوة الكهرومغناطيسية، والمجال المغناطيسي هو الفضاء المحيط بالمغناطيس، أو الموصل الذي يمكن من خلاله تجربة التأثيرات المغناطيسية، ويمكن تعريف خطوط القوة المغناطيسية على أنها خطوط منحنية تُستخدم لتمثيل مجال مغناطيسي، حيث تبدأ خطوط القوة المغناطيسية من القطب الشمالي وتنتهي عند القطب الجنوبي، كما يرتبط عدد الخطوط بقوة المجال المغنطيسي في نقطة معينة، وسيذكر في هذا المقال مسائل في الحث الكهرومغناطيسي، الذي يمثل أحد مصطلحات الكهرومغناطيسية.^[١]

اتجاه القوة المغناطيسية

يستخدم الفيزيائيون القانون المعروف باسم قاعدة اليد اليمنى لتحديد اتجاه القوى المغناطيسية، حيث يتم عقد راحة اليد على شكل حرف L مع الإبهام والأصبعين الأولين من اليد اليمنى، ثم يوضع الإصبع الأوسط عموديًا على الإصبع الإبهام، وتعتمد قاعدة اليد اليمنى على الفيزياء الأساسية التي تربط المجالات المغناطيسية، فالقوى التي تمارسها على الشحنات المتحركة تمثل مجرد وسيلة سهلة للفيزيائيين لتحديد الاتجاهات، والشحنات الثابتة لا تتأثر بالمجالات المغناطيسية، ولكن بمجرد بدء التحرك، يضغط عليها تيار يمر به.^[٢]

تعريف الحث الكهرومغناطيسي

الحث الكهرومغناطيسي كما في قانون فاراداي، هو عملية يؤدي فيها الموصل الموجود في مجال مغناطيسي متغير، أو موصل يتحرك في مجال مغناطيسي ثابت، إلى إنتاج الجهد عبر الموصل، حيث تؤدي عملية الحث الكهرومغناطيسي هذه بدورها، إلى وجود تيار كهربائي، ويعود الفضل في اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي إلى فاراداي، والاسم الرسمي لمعادلة الفيزياء التي تحدد سلوك الحقل الكهرومغناطيسي المستحث من التدفق المغناطيسي أو التغيير في مجال مغناطيسي هو قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، وتعمل عملية الحث الكهرومغناطيسي في الاتجاه المعاكس أيضًا، بحيث تولد الشحنة الكهربائية المتحركة مجالًا مغناطيسيًا، وفي الواقع ان المغناطيس التقليدي هو نتيجة للحركة الفردية للإلكترونات داخل ذرات المغناطيس الفردية، بحيث أن المجال المغناطيسي يكون في اتجاه موحد، وفي المواد غير المغناطيسية تتحرك الإلكترونات بطريقة تشير للمجالات المغناطيسية الفردية في اتجاهات مختلفة، لذلك فإنها تلغي بعضها البعض ويصبح المجال المغناطيسي النهائي ضئيلًا.^[٣]

مسائل في الحث الكهرومغناطيسي

لقد تم اقتراح بعض المسائل في الحث الكهرومغناطيسي لتوضيح مفهوم الحث الكهرومغناطيسي الذي تم شرحه سابقًا، والجدير بالذكر أن مثل تلك المسائل متنوعة وكثيرة، ويمكن عرض بعض من مسائل الحث الكهرومغناطيسي كالآتي:^[٤]

• "مغناطيس دائم بقطر 10 ملم ينتج مجالًا يبلغ 100 مللي تسلا، ويتحرك بسرعة بعيدًا ولا يبتعد بأكثر من 1 مم عن السطح، فإذا كان هذا المغناطيس يتحرك بسرعة 1م/ث من خلال 100 لفة، بطول 1 مم، وقطرها أكبر من المغناطيس، فما هو مقدار القوة الدافعة الكهربائية المستحثة؟" ولحل هذه المسألة يمكن استخدام قانون فاراداي لتعيين القوة الدافعة الكهربائية المستحثة، وهذا يتطلب معرفة التغيير في التدفق من خلال الملف، وسرعة حدوث التغيير، ويمكن افتراض أن التدفق يكون صفرًا عندما يكون المغناطيس خارج الملف، لأن الملف ذو نواة محكمة حول المغناطيس، ويمكن افتراض أن المجال دائمًا متعامد مع الملف، ويمكن استخدام القانون الآتي:
  

"التدفق= المجال المغناطيسي* المساحة."
ونظرًا لأن المغناطيس يتحرك بسرعة 1000 مم/ ثانية، إذن سيمتد ذلك لداخل الملف الذي يبلغ طوله 1 مم، فقط لفترة زمنية تبلغ 1/1000 ثانية فقط، أي 1 مللي ثانية، لذلك تطبيق قانون فاراداي: "القوة الدافعة=- عدداللفات *Δ التدفق/ Δالزمن"، وباعتبار أن "مساحة الملف =π* نق²، يصبح مقدار القوة الدافعة= 0.78v

• "إذا تم إسقاط المغناطيس من القطب الشمالي أولًا، فما الاتجاه الذي سوف يتدفق فيه التيار الأول في الملف؟" تكون إجابة ذلك وفقًا لقانون لينز، أنه يجب أن يعارض الحقل الناتج بواسطة التيار المستحث التدفق المتغير الذي أنتجه، وعند تطبيق قاعدة المقبض الأيمن، إذن فالتيار الذي في الملف يجب أن يكون في البداية عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر إليه من الأعلى.
• "بافترض أن نهايات ملف متصلة كهربائياً ببعضها البعض، مما يضمن تبدد تأثير أي تيار، يولد كحرارة، في مقاومة الأسلاك، ما هو التأثير الذي يقع على مغناطيس السقوط؟" وإجابة ذلك أنه يجب أن تكون الطاقة المفقودة للحرارة ناتجة عن المغناطيس الساقط، لذلك، يجب أن تنخفض سرعة مغناطيس السقوط أثناء انتقاله عبر الملف، وهذا سوف يكون متسقًا مع تأثير القوة التي تأتي من المجالين المغناطيسيين المتعارضين، ومن المثير للاهتمام، إمكانية حدوث هذا التأثير في أي موصل يتحرك عبر مجال مغناطيسي.

المراجع[+]

1. ↑ "Magnetic Force and Magnetic Field", www.toppr.com, Retrieved 15-07-2019. Edited.
2. ↑ "Using the Right-Hand Rule", www.khanacademy.org, Retrieved 15-07-2019. Edited.
3. ↑ " How Electromagnetic Induction Creates Current ", www.thoughtco.com, Retrieved 15-07-2019. Edited.
4. ↑ "What is Faraday's law?", www.khanacademy.org, Retrieved 01-08-2019. Edited.