تعريف الحث الكهرومغناطيسي
يعرف الحث الكهرومغناطيسي (بالإنجليزية: Electromagnetic Induction) بـأنه عملية توليد تيار كهربائي (Electric current) خلال مجال مغناطيسي (Magnetic felid)، وتحدث هذه العمليّة عند وضع مغناطيس ومادة موصلة في حيّز واحد، ثم القيام بتثبيت المغناطيس مع تحريك المادة الموصلة أو العكس، لينتج عن ذلك تغير في التدفق المغناطيسي، وبالتالي توليد قوة دافعة حثيّة (Electromotive force) عبر الموصل الذي تخترقه خطوط المجال المغناطيسي، وتتولد القوة الدافعة الحثيّة نتيجة لحركة الموصل عبر المجال المغناطيسي، أو عند استخدام مصدر طاقة يعمل بالتيار المتردد (Alternative current)، والذي يرمز له بالرمز AC، أو إذا كان الموصل دائم الحركة في المجال المغناطيسي الثابت.[١]
التدفق المغناطيسي
يرتبط حدوث الحث الكهرومغناطيسي بتغير التدفق المغناطيسي (بالإنجليزية: Magnetic flow)، ويعرف التدفق المغناطيسي بأنه عدد خطوط المجال التي تخترق مساحة معيّنة، وهو مفهوم يساعد في وصف تأثيرات القوة المغناطيسية على مادة معيّنة تشغل حيّزًا ما، ويرتبط قياس التدفق المغناطيسي بمساحة المادة المحددة، ويقاس التدفق المغناطيسي عادةً بوحدة تسلا مضروبة بالمتر المربع (ويرمز للتسلا بالرمز T، وقد سميّت نسبة للعالم نيكولا تيسلا).[٢]
يتناسب التدفق المغناطيسي تناسبًا طرديّا مع عدد خطوط المجال ومساحة الموصل، وتناسبًا عكسًا مع الزاوية ثيتا (θ)، وهي الزاوية المحصورة بين خطوط المجال والعمودي على المساحة، وعند تحريك الموصل أو المغناطيس يتكون عندها التيار الحثّي لتنشأ ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، ويتم حساب التدفق المغناطيسي باستخدام القانون الآتي:[٢]
Φ=BAcosθ
Φ: مقدار التدفق المغناطيسي المراد حسابه، ويقاس بوحدة تسلا مضروبة بالمتر المربع (تسلا.م2).
A: مساحة الملف أو المادة الموصلة، وتقاس بالمتر المربّع (م2).
B: المجال المغناطيسي ويقاس بوحدة تسلا.
θ: ثيتا، وهي الزاوية المحصورة بين خطوط المجال والعمودي على المساحة.
تجربة فارادي
قام العالم الإنجليزي مايكل فارادي بدراسة ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي عن طريقة تجربةٍ قام بها، ووصل إلى ما عُرف لاحقًا بقانون فارادي (بالإنجليزية: Faraday's law of induction)، والذي ينص على أن متوسّط مقدار القوة الدافعة الكهربائية المتولّدة في ملفٍ ما، يتناسب طرديًّا مع المعدل الزمني لتغيّر التدفق المغناطيسي المخترق لهذا الملف، وقد قام فاراداي بتجربته كما يأتي:[٣][٤]
- قام فارادي بلف مجموعة من الأسلاك النحاسية حول أسطوانة ورقية، ثم قام بتوصيل طرفي السلك النحاسي بجهاز الجالفانومتر (بالإنجليزية: Galvanometer)، وهو جهاز يستخدم لقياس شدة التيارات الصغيرة التي لا تتجاوز قيمتها 1 نانوأمبير، والأمبير وهي وحدة قياس التيار الكهربائي.
- قام فارادي بتثبيت الملف، وبدأ بتحريك المغناطيس داخل الأسطوانة باتجاه الملف، ليتحرّك مؤشر الجلفانومتر باتجاه المغناطيس، ثم قام بتحريك المغناطيس بعيدًا عن الملف، فتحرك المؤشر بالاتجاه المعاكس؛ مما يدل على وجود تيَار كهربائي داخل السلك النحاسي، وبالتالي التأكيد على ضرورة وجود مجال مغناطيسي للحصول على مجال كهربائي مقرونٍ بالحركة الدائمة للمغناطيس.
تطبيقات على الحث الكهرومغناطيسي
تعتمد العديد من الأجهزة الكهربائية على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، ومنها ما يأتي:
المولِّد الكهربائي
يقوم المولد الكهربائي (بالإنجليزية: Generator)، والذي يعرف أيضًا بالدينمو (بالإنجليزية: Dynamo)، بتحويل الطاقة الميكانيكية (بالإنجليزية: Mechanical energy) إلى طاقة كهربائية (بالإنجليزية: Electrical energy) يُستفاد منها، وتستخدم المولّدات في السيارات، والقطارات، والطائرات، والسفن لتوليد الكهرباء، وعادة ما يتم الحصول على الطاقة الميكانيكية داخل المولّد عن طريق عمود الدوران (بالإنجليزية: Rotating shaft) الموجود داخل المولّد، بينما تعمل المحركات عكس ذلك، إذ تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، وذلك بفضل وجود ملف ومغناطيس داخل المولّد والمحرك، وما يحصل داخل المولد هو أنه عند لف الملف يتوّلد فرق جهد بسبب تحريك الملف داخل المجال المغناطيسي للمغناطيس، وذلك حسب قانون فاراداي.[٥]
المحوّل الكهربائي
يقوم المحول الكهربائي (بالإنجليزية: Transformer) بنقل الطاقة الكهربائية من دارة ذات تيّار متردد إلى دارةٍ أخرى أو أكثر، وذلك لزيادة أو تقليل الجهد الكهربائي، وتستخدم المحوّلات لأغراض مختلفة على نطاق واسع؛ فتستخدم مثلًا لتقليل جهد دارات الطاقة التقليدية لتشغيل الأجهزة ذات الجهد المنخفض كأجراس الأبواب، وتستخدم أيضًا بهدف رفع جهد المولدات الكهربائية لنقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة عبر أسلاك الكهرباء، ويعتمد مبدأ عمل المحولات على الحث الكهرومغناطيسي، فمثلًا عند تراكم خطوط التدفق المغناطيسي، فإنها تنهار وتتشتت بفعل التغيّرات الناتجة عن مرور التيار في الملف الأساسي، فيتم علاج هذه المشكلة بتمرير التيار في ملف آخر يسمى الملف الثانوي؛ مما يؤدي إلى تولد جهد في الملف الثانوي، وبذلك تتم زيادة الجهد وتقليل التيار أو العكس.[٦]
مقياس التدفق المغناطيسي
يستخدم مقياس التدفق المغناطيسي (بالإنجليزية: Flux meter) لقياس مقدار التدفق المغناطيسي في الحقول المغناطيسية المستقرة، ولقياس مقدار الجودة والتحكم في المنتجات المغناطيسية، وهو يحتوي على شاشة رقميّة لقراءة مقدار التدفق.[٧]
المراجع
- ↑ "Electromagnetic Induction and its Applications", toppr, Retrieved 27/7/2021. Edited.
- ^ أ ب "What is magnetic flux?", khan academy, Retrieved 27/7/2021. Edited.
- ↑ "Electromagnetic induction, Faraday’s law and self induction coefficient in a coil", online-sciences, Retrieved 27/7/2021. Edited.
- ↑ "Faraday's Magnetic Field Induction Experiment", micro magnet, Retrieved 27/7/2021. Edited.
- ↑ "electric generator", britannica, Retrieved 27/7/2021.
- ↑ "Transformer", britannica, Retrieved 27/7/2021. Edited.
- ↑ "What is a Flux Meter : Working & Its Applications", elprocus, Retrieved 27/7/2021. Edited.
