الحركة النسبية بين السلك، والمجال المغناطيسي تولد تيارا كهربائيا

الحركة النسبية بين السلك، والمجال المغناطيسي تولد تيارا كهربائيا صواب خطأ

يعتبر الحث الكهرومغناطيسي من الظواهر الفيزيائية الأساسية التي تُفسّر كيفية توليد تيار كهربائي في دائرة كهربائية نتيجة لتغير المجال المغناطيسي المحيط بها. ولذلك، هذا المبدأ، الذي اكتشفه العالم مايكل فاراداي في القرن التاسع عشر، يُشكّل الأساس لعمل العديد من الأجهزة الكهربائية الحديثة مثل المولدات والمحركات الكهربائية. ولكن، في هذه المقالة، سنستكشف كيفية توليد التيار الكهربائي من خلال الحركة النسبية بين سلك ومجال مغناطيسي، مع التركيز على قانون فاراداي وتطبيقاته العملية.

مفهوم الحث الكهرومغناطيسي

الحث الكهرومغناطيسي هو العملية التي يتم فيها توليد قوة دافعة كهربائية (EMF) في موصل كهربائي نتيجة لتغير التدفق المغناطيسي عبره. ولذلك، بمعنى آخر، عندما يتحرك سلك داخل مجال مغناطيسي أو عندما يتغير المجال المغناطيسي المحيط بسلك ثابت، يتولد تيار كهربائي في السلك. هذا التأثير هو جوهر قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.

تجارب فاراداي واكتشافه

في عام 1831، أجرى مايكل فاراداي سلسلة من التجارب لاختبار العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. في إحدى تجاربه الشهيرة، لفّ سلكًا حول حلقة حديدية ووصلها بمقياس جلفانومتر لقياس التيار الكهربائي. ولكن، عندما مرّر تيارًا كهربائيًا في ملف آخر ملفوف حول الجانب الآخر من الحلقة، لاحظ فاراداي تدفق تيار كهربائي مؤقت في السلك الأول عند تشغيل وإيقاف التيار في الملف الثاني. ولذلك، هذا أظهر أن تغير المجال المغناطيسي يمكن أن يولد تيارًا كهربائيًا في دائرة مجاورة.

تعرف أيضاً: رمي الكرة من وضع الجلوس ينمي عنصر القوة العضلية

قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي

ينص قانون فاراداي على أن القوة الدافعة الكهربائية المتولدة في دائرة مغلقة تتناسب طرديًا مع المعدل الزمني لتغير التدفق المغناطيسي عبر الدائرة. ولذلك، بصيغة رياضية:

حيث:

•  هي القوة الدافعة الكهربائية (EMF) المتولدة.
•  هو التدفق المغناطيسي عبر الدائرة.
•  هو معدل التغير الزمني للتدفق المغناطيسي.

الإشارة السالبة في المعادلة تعبر عن قانون لنز، الذي ينص على أن التيار المستحث يتولد في اتجاه يعاكس التغير في التدفق المغناطيسي الذي أحدثه.

تطبيقات عملية للحث الكهرومغناطيسي

1. المولدات الكهربائية: تعمل المولدات على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. عندما يتم تدوير ملف داخل مجال مغناطيسي ثابت، يتغير التدفق المغناطيسي عبر الملف، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي وفقًا لقانون فاراداي.

2. المحركات الكهربائية: في المحركات، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. عند مرور تيار كهربائي عبر ملف موضوع داخل مجال مغناطيسي، يتولد عزم دوران يؤدي إلى دوران المحرك.

3. المحولات الكهربائية: تستخدم المحولات لزيادة أو تقليل الجهد الكهربائي في الدوائر الكهربائية. تعتمد على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي لنقل الطاقة الكهربائية بين ملفين عبر مجال مغناطيسي متغير.

السؤال: الحركة النسبية بين السلك، والمجال المغناطيسي تولد تيارا كهربائيا

الجواب: نعم، هذه العبارة صحيحة. وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، فإن الحركة النسبية بين موصل كهربائي (مثل سلك) ومجال مغناطيسي تؤدي إلى تغير التدفق المغناطيسي عبر الموصل، مما ينتج عنه توليد قوة دافعة كهربائية (EMF) وبالتالي تيار كهربائي مستحث في الموصل.

شاهد أيضاً: نورة تحب رسم الشخصيات الكرتونية باستخدام برامج الرسم لإنتاج مقاطع رسوم متحركة، وتحتاج دائمًا إلى تكب

التدفق المغناطيسي وتغيره

التدفق المغناطيسي () هو كمية تعبر عن مقدار المجال المغناطيسي الذي يمر عبر سطح معين. ولكن، يحسب التدفق المغناطيسي بالعلاقة:

حيث:

•  هو كثافة الفيض المغناطيسي.
•  هي مساحة السطح.
•  هو الزاوية بين المجال المغناطيسي والعمود على السطح.

عندما يتغير أي من هذه العوامل مع الزمن، يتغير التدفق المغناطيسي، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي مستحث.

قاعدة لنز وتحديد اتجاه التيار المستحث

قاعدة لنز تستخدم لتحديد اتجاه التيار الكهربائي المستحث. تنص القاعدة على أن التيار المستحث يتولد في اتجاه يعاكس التغير في التدفق المغناطيسي الذي أحدثه. بمعنى آخر، التيار المستحث يخلق مجالًا مغناطيسيًا يعاكس التغير الأصلي في التدفق المغناطيسي. هذا يتماشى مع مبدأ حفظ الطاقة، حيث يمنع النظام التغيرات المفاجئة في الطاقة.

تعرف أيضاً على: تتسارع سيارة متحركة في مسار دائري بسرعة ثابتة المقدار والاتجاه صواب خطأ