شرح الحث الكهرومغناطيسي

التدفق المغناطيسي Magnetic Flux

يعرّف التدفق المغناطيسي بأنه عدد خطوط المجال التي تعبر مساحة معينة، ويقاس بوحدة الويبر Wb نسبة للعالم الفيزيائي الألماني ولهيلم ويبر أو تسلا T مضروبة بالمتر مربع وذلك اعتمادًا على قانون التدفق وهو: B*A*cosθ = Φ حيث أنّ B هو المجال المغناطيسي ووحدة قياسه تسلا، و A: هي المساحة وتقاس بالمتر مربع، و θ: هي الزاوية بين خطوط المجال والعامودي على المساحة، إذ يعتمد التدفق المغناطيسي على عدد خطوط المجال والمساحة بعلاقة طردية وعلى الزاوية بعلاقة عكسية، وعندما يتم تحريك الملف أو المغناطيس ستتغير قيمة التدفق المغناطيسي وبالتالي سوف يتكون التيار الحثي ويمكن في هذا المقال شرح الحث الكهرومغناطيسي^[١].

شرح الحث الكهرومغناطيسي

يعرّف الحث الكهرومغناطيسي بأنّه عملية تحدث عندما يتم وضع موصل ومغناطيس في مكان معين ثم تحريك المغناطيس وتثبيت الموصل أو تثبيت المغناطيس وتحريك الموصل إذ ينتج عن ذلك التحريك تغيّر في التدفق المغناطيسي وبالتالي توليد قوة دافعة حثية Electromotive Force عبر الملف، ويتم توليد القوة الدافعة الحثية بسبب حركة الموصل أو الملف عبر المجال المغناطيسي أو بسبب التغيير في التدفق المغناطيسي، ويحدث هذا إما عندما يتم وضع الموصل في مجال مغناطيسي متحرك أي عند إستخدام مصدر طاقة متردد AC أو عندما يتحرك الموصل دائمًا في مجال مغناطيسي ثابت، ولقد درس العالم مايكل فارادي Michael Faraday ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ووضع التيار الكهربائي بوجود المجال المغناطيسي ودون الحاجة للبطاريات، حيث سابقًا وقبل اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي أظهر العلماء أن التيار الكهربائي يولّد المجال المغناطيسي عن طريق وجود البطاريات ولكن إكتشاف الحث الكهرومغناطيسي أثبت العكس أيّ أنّه يمكن توليد تيار كهربائي من المجال المغناطيسي.^[٣]، حيث أثبت فارادي ذلك عن طريق تجربة قام بها حيث قام بلف قطعة من الأسلاك المعدنية حول أسطوانة ورقية ثم وصل طرفي الملف النحاسي بالجلفانومتر، ثم قام بتثبيت الملف وبدأ بتحريك المغناطيس داخل الإسطوانة وتقريبه من الملف ولاحظ أنّ مؤشر الجلفانومتر إنحرف بإتجاه المغناطيس ثم قام بإبعاد المغناطيس عن الملف فلاحظ أنّ مؤشر الجلفانوميتر تحرك بالاتجاه المعاكس أي أنّ التيار الكهربائي يحدث في السلك، وأكد من هذا أنّ وجود مجال مغناطيسي متحرك ضروري لإحداث مجال كهربائي، لأنّه عندما يتوقف المغناطيس عن الحركة، ينعدم التيار أيضًا وكانت هذه التجربة كافية لكي يتم شرح الحث الكهرومغناطيسي بشكل وافيًا.^[٤]

تطبيقات على الحث الكهرومغناطيسي

يوجد حاليًا العديد من الأجهزة الكهربائية التي تعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي والتي توضح شرح الحث الكهرومغناطيسي عمليًا، ومن أهم هذه الأجهزة المعروفة على نطاق واسع هي: ^[٥]

المولدات الكهربائية Generators

هو جهاز لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية وذلك عن طريق إستخدام الطاقة الميكانيكية لتوليد الكهرباء، بينما المحرك الكهربائي يفعل العكس، إذ يوجد بداخل كل مولد ومحرك ملف ومغناطيس يمكن إستخدامهما بطريقة تجعله إما مولد أو محرك، ومايحصل داخل المولد هو عند لف الملف يتوّلد فرق جهد بسبب تحريك الملف داخل المجال المغناطيسي للمغناطيس وذلك حسب قانون فاراداي.

المحولات Transformers

في كثير من الأحيان يتم توليد الكهرباء بعيدًا عن مكان استخدامها، ويتم نقلها لمسافات طويلة عبر خطوط نقل الكهرباء Electrical Transmission Lines، إذ يقوم مبدأ عمل المحول الكهربائي على قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي حيث تُعطى الطاقة الموّلدة في محطة التوليد بواسطة العلاقة P = VI، ولتقليل التيار مع الحفاظ على الطاقة ثابتة يمكن زيادة الجهد وذلك عن طريق إستخدام طاقة التيار المتردد وقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، ولزيادة الجهد وتقليل التيار أو العكس يمكن إستخدام محول حيث يتكون المحول من ملفين مرتبطين بقلب حديدي إذ يمر التدفق المغناطيسي من أحدهما عبر الآخر، وعندما يتغير التدفق الناتج عن الملف الابتدائي المرتبط بمصدر طاقة تيار متردد فإنّ التدفق الذي يمر عبر الملف الثانوي سوف يتغير، مما يؤدي إلى توّلد جهد في الملف الثانوي.

المراجع[+]

1. ↑ "What is magnetic flux?", www.khanacademy.org, Retrieved 17-06-2019. Edited.
2. ↑ "Electromagnetic Induction and its Applications", www.toppr.com, Retrieved 17-06-2019. Edited.
3. ↑ "Introduction to Electromagnetic Induction", phys.libretexts.org, Retrieved 17-06-2019. Edited.
4. ↑ "What is Electromagnetic Induction?", www.universetoday.com, Retrieved 17-06-2019. Edited.
5. ↑ "Applications of electromagnetic induction", physics.bu.edu, Retrieved 17-06-2019. Edited.