الحث الكهرومغناطيسي في التكنولوجيا الحديثة

تُستخدم ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي بشكل أساسي لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة تيار كهربائي. لهذا الغرض ، تطبيق مولدات(مولدات الحث).

أبسط مولد تيار متناوب هو إطار سلكي يدور بشكل موحد بسرعة زاوية ث = ثفي مجال مغناطيسي موحد مع الحث في(الشكل 4.5). تدفق الحث المغناطيسي الذي يخترق إطارًا بمساحة س، مساوي ل

مع دوران موحد للإطار ، زاوية الدوران ، أين تواتر الدوران. ثم

وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي ، فإن المجالات الكهرومغناطيسية المستحثة في إطار دورانها ،

إذا تم توصيل الحمل (مستهلك الكهرباء) بمشابك الإطار باستخدام جهاز ملامسة الفرشاة ، فسوف يتدفق التيار المتردد خلاله.
ل الإنتاج الصناعييتم استخدام الكهرباء في محطات توليد الكهرباء مولدات متزامنة(مولدات توربينية ، إذا كانت المحطة حرارية أو نووية ، ومولدات مائية ، إذا كانت المحطة هيدروليكية). يسمى الجزء الثابت من المولد المتزامن الجزء الثابتو بالتناوب - الدوار(الشكل 4.6). يحتوي دوار المولد على لف DC (لف الإثارة) وهو مغناطيس كهربائي قوي. التيار المباشر الذي يتم توفيره لملف الإثارة من خلال جهاز ملامسة الفرشاة يمغنط الدوار ، وفي هذه الحالة مغناطيس كهربائي بشمال و الأقطاب الجنوبية.
يوجد على الجزء الثابت للمولد ثلاث لفات من التيار المتردد ، والتي يتم إزاحتها عن بعضها البعض بمقدار 120 0 وهي متصلة ببعضها البعض وفقًا لدائرة تبديل معينة.
عندما يدور دوار متحمس بمساعدة توربين بخاري أو هيدروليكي ، تمر أقطابه أسفل لفات الجزء الثابت ، ويتم إحداث قوة دافعة كهربائية تتغير وفقًا لقانون توافقي. علاوة على ذلك ، يتم توصيل المولد ، وفقًا لمخطط معين للشبكة الكهربائية ، بعقد استهلاك الكهرباء.
إذا قمت بنقل الكهرباء من مولدات المحطات إلى المستهلكين عبر خطوط الطاقة مباشرة (عند جهد المولد ، وهو صغير نسبيًا) ، فستحدث خسائر كبيرة في الطاقة والجهد في الشبكة (انتبه إلى النسب ،). لذلك ، من أجل النقل الاقتصادي للكهرباء ، من الضروري تقليل القوة الحالية. ولكن نظرًا لأن القدرة المرسلة تظل دون تغيير ، يجب أن يزداد الجهد بنفس عامل النقصان الحالي.
في مستهلك الكهرباء ، بدوره ، يجب خفض الجهد إلى المستوى المطلوب. يتم استدعاء الأجهزة الكهربائية التي يزيد فيها الجهد أو ينقص بعدد معين من المرات محولات. يعتمد عمل المحول أيضًا على قانون الحث الكهرومغناطيسي.

ضع في اعتبارك مبدأ تشغيل المحولات ذات الملفين (الشكل 4.7). عندما يمر تيار متناوب عبر الملف الأولي ، ينشأ حوله مجال مغناطيسي متناوب مع الحث في، التي يكون تدفقها أيضًا متغيرًا . يعمل قلب المحول على توجيه التدفق المغناطيسي (المقاومة المغناطيسية للهواء عالية). يؤدي التدفق المغناطيسي المتغير ، الذي يغلق على طول القلب ، إلى إحداث EMF متغير في كل من اللفات:

ثم بالنسبة للمحولات القوية ، تكون مقاومة الملف صغيرة جدًا ، وبالتالي فإن الفولتية عند طرفي اللفات الأولية والثانوية تساوي تقريبًا EMF:

أين ك-نسبة التحول. في ك 1 () المحول خفض.
عند الاتصال بالملف الثانوي لمحول الحمل ، سيتدفق التيار فيه. مع زيادة استهلاك الكهرباء ، وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة ، يجب زيادة الطاقة المنبعثة من مولدات المحطة ، أي

أين

هذا يعني أنه عن طريق زيادة الجهد في كمرات ، من الممكن تقليل القوة الحالية في الدائرة بنفس المقدار (في هذه الحالة ، تنخفض خسائر الجول بمقدار ك 2مرة واحدة).

استنتاجات موجزة

تسمى ظاهرة حدوث المجالات الكهرومغناطيسية في دائرة موصلة مغلقة تقع في مجال مغناطيسي متناوب الحث الكهرومغناطيسي.

2. وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي ، فإن المجال الكهرومغناطيسي للحث في دائرة موصلة مغلقة يساوي عدديًا ومعاكسًا لمعدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده هذه الدائرة:

تعكس علامة الطرح قاعدة لينز: مع أي تغيير في التدفق المغناطيسي من خلال دائرة موصلة مغلقة ، ينشأ تيار تحريضي في الأخير في مثل هذا الاتجاه بحيث يقاوم مجاله المغناطيسي التغيير في التدفق المغناطيسي الخارجي.

لا يكمن جوهر ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في ظهور التيار التحريضي بقدر ما يكمن في ظهور مجال كهربائي دوامة. دوامة الحقل الكهربائيتم إنشاؤها بواسطة مجال مغناطيسي متناوب. على عكس المجال الكهروستاتيكي ، فإن المجال الكهربائي الدوامة ليس كامنًا ، وخطوط قوته مغلقة دائمًا ، مثل خطوط القوة حقل مغناطيسي.

مقال

في تخصص "الفيزياء"

الموضوع: "اكتشاف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي"

مكتمل:

مجموعة الطلاب 13103/1

سان بطرسبورج

2. تجارب فاراداي. 3

3. الاستخدام العمليظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. 9

4. قائمة الأدب المستخدم .. 12

الحث الكهرومغناطيسي- ظاهرة حدوث تيار كهربائي في دائرة مغلقة عندما يتغير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبرها. اكتشف مايكل فاراداي الحث الكهرومغناطيسي في 29 أغسطس 1831. وجد أن القوة الدافعة الكهربائية التي تحدث في دائرة موصلة مغلقة تتناسب طرديًا مع معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده هذه الدائرة. لا يعتمد حجم القوة الدافعة الكهربائية (EMF) على أسباب التغيير في التدفق - تغيير في المجال المغناطيسي نفسه أو حركة دائرة (أو جزء منها) في مجال مغناطيسي. التيار الكهربائي الناتج عن هذا المجال الكهرومغناطيسي يسمى تيار الحث.

في عام 1820 ، أظهر هانز كريستيان أورستد أن التدفق يتدفق عبر السلسلة كهرباءيتسبب في انحراف الإبرة المغناطيسية. إذا كان التيار الكهربائي يولد المغناطيسية ، فيجب أن يرتبط ظهور التيار الكهربائي بالمغناطيسية. استحوذت هذه الفكرة على العالم الإنجليزي M. Faraday. كتب في عام 1822 في مذكراته: "حول المغناطيسية إلى كهرباء".

مايكل فارادي

ولد مايكل فاراداي (1791-1867) في لندن ، وهي واحدة من أفقر مناطقها. كان والده حدادًا ، وكانت والدته ابنة مزارع مستأجر. عندما وصل فاراداي سن الدراسةتم إرساله إلى المدرسة الابتدائية. كانت الدورة التي أخذها فاراداي هنا ضيقة للغاية ومحدودة فقط لتعليم القراءة والكتابة وبداية العد.

على بعد خطوات قليلة من المنزل الذي تعيش فيه عائلة فاراداي ، كانت هناك مكتبة ، والتي كانت أيضًا مؤسسة تجليد كتب. هذا هو المكان الذي وصل إليه فاراداي ، بعد أن أكمل الدورة مدرسة ابتدائيةعندما نشأ السؤال في اختيار مهنة له. كان مايكل في ذلك الوقت يبلغ من العمر 13 عامًا فقط. بالفعل في شبابه ، عندما كان فاراداي قد بدأ لتوه تعليمه الذاتي ، سعى إلى الاعتماد فقط على الحقائق والتحقق من تقارير الآخرين من خلال تجاربه الخاصة.

سيطرت عليه هذه التطلعات طوال حياته باعتبارها السمات الرئيسية لنشاطه العلمي ، حيث بدأ فاراداي في إجراء التجارب الفيزيائية والكيميائية عندما كان صبيًا في أول معرفة بالفيزياء والكيمياء. مرة واحدة حضر مايكل إحدى محاضرات همفري ديفي ، الفيزيائي الإنجليزي العظيم. قدم فاراداي ملاحظة مفصلة عن المحاضرة ، وربطها ، وأرسلها إلى ديفي. لقد تأثر كثيرًا لدرجة أنه عرض على فاراداي العمل معه كسكرتير. سرعان ما ذهب ديفي في رحلة إلى أوروبا وأخذ فاراداي معه. لمدة عامين قاموا بزيارة أكبر الجامعات الأوروبية.

بالعودة إلى لندن عام 1815 ، بدأ فاراداي العمل كمساعد في أحد مختبرات المعهد الملكي في لندن. في ذلك الوقت كانت واحدة من الأفضل المختبرات الفيزيائيةسلام. من 1816 إلى 1818 نشر فاراداي عددًا من الملاحظات الصغيرة والمذكرات الصغيرة عن الكيمياء. يعود تاريخ أول عمل فاراداي في الفيزياء إلى عام 1818.

بناءً على تجارب أسلافه والجمع بين العديد من تجاربه الخاصة ، بحلول سبتمبر 1821 ، كان مايكل قد طبع "قصة نجاح الكهرومغناطيسية". بالفعل في ذلك الوقت ، ابتكر مفهومًا صحيحًا تمامًا لجوهر ظاهرة انحراف الإبرة المغناطيسية تحت تأثير التيار.

بعد أن حقق هذا النجاح ، ترك فاراداي دراسته في مجال الكهرباء لمدة عشر سنوات ، وكرس نفسه لدراسة عدد من الموضوعات من نوع مختلف. في عام 1823 ، حقق فاراداي أحد أهم الاكتشافات في مجال الفيزياء - فقد حقق أولاً تسييل الغاز ، وفي نفس الوقت أنشأ طريقة بسيطة ولكنها صالحة لتحويل الغازات إلى سائل. في عام 1824 ، قام فاراداي بالعديد من الاكتشافات في مجال الفيزياء. من بين أمور أخرى ، أثبت حقيقة أن الضوء يؤثر على لون الزجاج ويغيره. في العام القادمينتقل فاراداي مرة أخرى من الفيزياء إلى الكيمياء ، وكانت نتيجة عمله في هذا المجال اكتشاف البنزين وحمض النفثالين الكبريتيك.

في عام 1831 ، نشر فاراداي أطروحة على نوع خاص خطأ بصري وهم"، والذي كان بمثابة الأساس لمقذوفة بصرية جميلة وفضولية تسمى" كروموتروب ". في نفس العام ، تم نشر رسالة أخرى للعالم بعنوان "عن الألواح الاهتزازية". يمكن للعديد من هذه الأعمال في حد ذاتها تخليد اسم مؤلفها. لكن الأهم من أعمال علميةفاراداي هي أبحاثه في مجال الكهرومغناطيسية والحث الكهربائي.

تجارب فاراداي

مهووس بأفكار حول اتصال لا ينفصلوتفاعل قوى الطبيعة ، حاول فاراداي إثبات أنه بنفس الطريقة التي يستطيع بها أمبير أن يصنع مغناطيسًا بمساعدة الكهرباء ، لذلك من الممكن توليد الكهرباء بمساعدة المغناطيس.

كان منطقها بسيطًا: العمل الميكانيكي يتحول بسهولة إلى حرارة ؛ على العكس من ذلك ، يمكن تحويل الحرارة إلى عمل ميكانيكي(على سبيل المثال ، في محرك بخاري). بشكل عام ، من بين قوى الطبيعة ، غالبًا ما تحدث العلاقة التالية: إذا أنجبت B ، فإن B تلد A.

إذا حصل أمبير عن طريق الكهرباء على مغناطيس ، إذن ، على ما يبدو ، من الممكن "الحصول على الكهرباء من المغناطيسية العادية". وضع أراغو وأمبير لأنفسهما نفس المهمة في باريس ، كولادون في جنيف.

بالمعنى الدقيق للكلمة ، تم إنشاء فرع مهم للفيزياء يعالج ظواهر الكهرومغناطيسية والكهرباء الاستقرائية ، والذي يتمتع حاليًا بمثل هذه الأهمية الهائلة للتكنولوجيا ، من لا شيء. بحلول الوقت الذي كرس فيه فاراداي نفسه أخيرًا للبحث في مجال الكهرباء ، تم إثبات ذلك مع الظروف العاديةإن وجود جسم مكهرب كافٍ لتأثيره على إثارة الكهرباء في كل جسم آخر. في الوقت نفسه ، كان معروفًا أن السلك الذي يمر من خلاله التيار والذي يعد أيضًا جسمًا مكهربًا ليس له أي تأثير على الأسلاك الأخرى الموضوعة في مكان قريب.

ما سبب هذا الاستثناء؟ هذا هو السؤال الذي يهم فاراداي والحل الذي قاده إلى أهم الاكتشافات في مجال الكهرباء الحثية. يضع فاراداي الكثير من التجارب ، ويحافظ على ملاحظات متحذلق. يخصص فقرة لكل دراسة صغيرة. السجلات المختبرية(نُشر في لندن بالكامل عام 1931 تحت عنوان يوميات فاراداي). على الأقل حقيقة أن الفقرة الأخيرة من اليوميات تم تمييزها بالرقم 16041 تتحدث عن كفاءة فاراداي.

بالإضافة إلى القناعة البديهية في الصلة العالمية للظواهر ، لم يدعمه شيء ، في الواقع ، في بحثه عن "الكهرباء من المغناطيسية". بالإضافة إلى ذلك ، فقد اعتمد ، مثل معلمه ديفي ، على تجاربه الخاصة أكثر من اعتماده على التركيبات العقلية. علمه ديفي:

"التجربة الجيدة لها قيمة أكبر من تفكير عبقري مثل نيوتن.

ومع ذلك ، كان فاراداي هو الذي كان متجهًا للاكتشافات العظيمة. كونه واقعيًا عظيمًا ، مزق تلقائيًا قيود التجريبية ، التي فرضها عليه ديفي ذات مرة ، وفي تلك اللحظات ظهرت عليه نظرة ثاقبة - اكتسب القدرة على التعميمات العميقة.

ظهرت بصيص الحظ الأول فقط في 29 أغسطس 1831. في هذا اليوم ، كان فاراداي يختبر جهازًا بسيطًا في المختبر: حلقة حديدية قطرها حوالي ست بوصات ، ملفوفة حول قطعتين من الأسلاك المعزولة. عندما قام فاراداي بتوصيل بطارية بأطراف إحدى الملفات ، رأى مساعده ، رقيب المدفعية أندرسن ، إبرة جلفانومتر متصلة باللف الآخر المتعرج.

ارتعدت وهدأت ، على الرغم من أن التيار المباشر استمر في التدفق خلال اللف الأول. استعرض فاراداي بعناية جميع تفاصيل هذا التثبيت البسيط - كان كل شيء على ما يرام.

لكن إبرة الجلفانومتر ظلت ثابتة عند الصفر. بدافع الانزعاج ، قرر فاراداي إيقاف التيار ، ثم حدثت معجزة - أثناء فتح الدائرة ، تأرجحت إبرة الجلفانومتر مرارًا وتكرارًا وتجمدت عند الصفر!

يبدأ الجلفانومتر ، الذي يظل ثابتًا تمامًا خلال مرور التيار بالكامل ، في التذبذب عند إغلاق الدائرة وعند فتحها. اتضح أنه في اللحظة التي يتم فيها تمرير التيار إلى السلك الأول ، وكذلك عندما يتوقف هذا الإرسال ، يتم أيضًا إثارة تيار في السلك الثاني ، والذي يكون في الحالة الأولى هو الاتجاه المعاكس للتيار الأول وهو نفس الشيء معه في الحالة الثانية ويستمر لحظة واحدة فقط.

هنا تم الكشف عن أفكار أمبير العظيمة ، العلاقة بين التيار الكهربائي والمغناطيسية ، بكل وضوح لفاراداي. بعد كل شيء ، أصبح الملف الأول الذي طبق فيه التيار على الفور مغناطيسًا. إذا اعتبرناها مغناطيسًا ، فإن التجربة التي أجريت في 29 أغسطس أظهرت أن المغناطيسية يبدو أنها تؤدي إلى توليد الكهرباء. بقي شيئان فقط غريبان في هذه الحالة: لماذا تلاشى التدفق السريع للكهرباء عندما تم تشغيل المغناطيس الكهربائي بسرعة؟ علاوة على ذلك ، لماذا تظهر الطفرة عند إيقاف تشغيل المغناطيس؟

في اليوم التالي ، 30 أغسطس ، سلسلة جديدة من التجارب. يتم التعبير عن التأثير بوضوح ، ولكن مع ذلك غير مفهوم تمامًا.

يشعر فاراداي أن الافتتاح يقع في مكان قريب.

"أنا الآن منخرط مرة أخرى في الكهرومغناطيسية وأعتقد أنني هاجمت شيئًا ناجحًا ، لكن لا يمكنني تأكيد ذلك حتى الآن. قد يكون الأمر جيدًا بعد كل مجهوداتي ، سأستخرج في النهاية الأعشاب البحرية بدلاً من الأسماك.

بحلول صباح اليوم التالي ، 24 سبتمبر ، كان فاراداي قد أعد العديد من الأجهزة المختلفة ، حيث لم تعد العناصر الرئيسية عبارة عن لفائف التيار الكهربائي ، ولكن المغناطيس الدائم. وكان هناك تأثير أيضًا! انحرف السهم واندفع فورًا إلى مكانه. حدثت هذه الحركة الطفيفة أثناء أكثر التلاعبات غير المتوقعة بالمغناطيس ، على ما يبدو أحيانًا ، عن طريق الصدفة.

التجربة التالية هي الأول من أكتوبر. يقرر فاراداي العودة إلى البداية - إلى ملفين: أحدهما بتيار والآخر متصل بجلفانومتر. الاختلاف مع التجربة الأولى هو عدم وجود حلقة فولاذية - اللب. تكاد تكون البقعة غير محسوسة. النتيجة تافهة. من الواضح أن المغناطيس بدون قلب أضعف بكثير من المغناطيس ذو النواة. لذلك ، يكون التأثير أقل وضوحًا.

فاراداي محبط. لمدة أسبوعين لم يقترب من الآلات ويفكر في أسباب الفشل.

"أخذت قضيبًا مغناطيسيًا أسطوانيًا (قطره 3/4 بوصة وطول 8 1/4 بوصة) وأدخلت أحد طرفيه في ملف من الأسلاك النحاسية (بطول 220 قدمًا) متصل بجلفانومتر. ثم ، بحركة سريعة ، دفعت المغناطيس إلى طول اللولب بالكامل ، وتعرضت إبرة الجلفانومتر لصدمة. ثم قمت بسحب المغناطيس بسرعة من اللولب ، وتأرجحت الإبرة مرة أخرى ، ولكن في الاتجاه المعاكس. تتكرر تقلبات الإبرة هذه في كل مرة يتم فيها دفع المغناطيس للداخل أو للخارج ".

السر في حركة المغناطيس! لا يتحدد الدافع للكهرباء من خلال موضع المغناطيس ، بل بالحركة!

وهذا يعني أن "الموجة الكهربائية تنشأ فقط عندما يتحرك المغناطيس ، وليس بسبب الخصائص الكامنة فيه في حالة السكون".

أرز. 2. تجربة فاراداي مع الملف

هذه الفكرة مثمرة بشكل ملحوظ. إذا كانت حركة المغناطيس بالنسبة للموصل تولد الكهرباء ، فمن الواضح أن حركة الموصل بالنسبة للمغناطيس يجب أن تولد الكهرباء أيضًا! علاوة على ذلك ، لن تختفي هذه "الموجة الكهربائية" طالما استمرت الحركة المتبادلة للموصل والمغناطيس. هذا يعني أنه من الممكن إنشاء مولد تيار كهربائي يعمل لفترة طويلة بشكل تعسفي ، طالما استمرت الحركة المتبادلة للسلك والمغناطيس!

في 28 أكتوبر ، قام فاراداي بتركيب قرص نحاسي دوار بين أقطاب مغناطيس على شكل حدوة حصان ، يمكن من خلاله إزالة الجهد الكهربائي باستخدام ملامسات منزلقة (أحدهما على المحور والآخر على محيط القرص). كان أول مولد كهربائي تم إنشاؤه بأيدي بشرية. لذلك تم العثور على مصدر جديد طاقة كهربائية، بالإضافة إلى العمليات المعروفة سابقًا (الاحتكاك والعمليات الكيميائية) ، - الحث ، و النوع الجديدمن هذه الطاقة هي الكهرباء التعريفي.

تم إجراء تجارب مماثلة لتجربة فاراداي ، كما ذكرنا سابقًا ، في فرنسا وسويسرا. كان كولادون ، الأستاذ في أكاديمية جنيف ، مجربًا متطورًا (على سبيل المثال ، أجرى قياسات دقيقة لسرعة الصوت في الماء في بحيرة جنيف). ربما ، خوفًا من اهتزاز الأدوات ، قام ، مثل فاراداي ، بإزالة الجلفانومتر قدر الإمكان من بقية التركيب. ادعى الكثيرون أن كولادون لاحظ نفس الحركات العابرة للسهم مثل فاراداي ، ولكن توقع تأثير أكثر ثباتًا واستمرارية ، لم يعلق الأهمية الواجبة على هذه الانفجارات "العشوائية" ...

في الواقع ، كان رأي معظم العلماء في ذلك الوقت هو أن التأثير العكسي لـ "توليد الكهرباء من المغناطيسية" يجب ، على ما يبدو ، أن يكون له نفس الطابع الثابت مثل التأثير "المباشر" - "تشكيل المغناطيسية" بسبب التيار الكهربائي. حير "الزوال" غير المتوقع لهذا التأثير الكثيرين ، بما في ذلك Colladon ، ودفع هؤلاء الكثيرون مقابل تحيزهم.

متابعةً لتجاربه ، اكتشف فاراداي أيضًا أن مقاربة بسيطة لسلك ملتوي في منحنى مغلق إلى منحنى آخر ، حيث يتدفق تيار كلفاني ، كافية لإثارة تيار حثي في الاتجاه المعاكس للتيار الجلفاني في سلك محايد ، وهذا يؤدي إزالة السلك المحايد مرة أخرى إلى إثارة تيار حثي فيه. يكون التيار بالفعل في نفس اتجاه التيار الجلفاني المتدفق على طول سلك ثابت ، وأخيراً ، يتم تحفيز هذه التيارات الحثية فقط أثناء اقتراب وإزالة سلك موصل للتيار الجلفاني ، وبدون هذه الحركة ، لا تكون التيارات متحمسة ، بغض النظر عن مدى قرب الأسلاك من بعضها البعض.

وهكذا ، تم اكتشاف ظاهرة جديدة ، مشابهة لظاهرة الحث الموصوفة أعلاه أثناء إغلاق وإنهاء التيار الجلفاني. أدت هذه الاكتشافات بدورها إلى ظهور اكتشافات جديدة. إذا كان من الممكن إنتاج تيار حثي عن طريق إغلاق وإيقاف التيار الجلفاني ، ألن يتم الحصول على نفس النتيجة من مغنطة الحديد وإزالة مغنطيته؟

لقد أثبت عمل أورستد وأمبير بالفعل العلاقة بين المغناطيسية والكهرباء. كان من المعروف أن الحديد أصبح مغناطيسًا عندما جُرح حوله سلك معزول ومر عبره تيار كلفاني ، وأن الخواص المغناطيسية لهذا الحديد توقفت بمجرد توقف التيار.

بناءً على ذلك ، توصل فاراداي إلى هذا النوع من التجارب: تم لف سلكين معزولين حول حلقة حديدية ؛ علاوة على ذلك ، تم لف سلك حول نصف الحلقة والآخر حول الآخر. تم تمرير تيار من بطارية كلفانية عبر سلك واحد ، وتم توصيل أطراف الطرف الآخر بجلفانومتر. وهكذا ، عندما يغلق التيار أو يتوقف ، وعندما تكون الحلقة الحديدية ممغنطة أو غير مغنطيسية ، تتأرجح إبرة الجلفانومتر بسرعة ثم تتوقف بسرعة ، أي أن كل التيارات الحثية اللحظية كانت متحمسة في السلك المحايد - هذا الوقت: بالفعل تحت تأثير المغناطيسية.

أرز. 3. تجربة فاراداي مع حلقة حديدية

وهكذا ، هنا ، ولأول مرة ، تم تحويل المغناطيسية إلى كهرباء. بعد تلقي هذه النتائج ، قرر فاراداي تنويع تجاربه. بدلاً من حلقة حديدية ، بدأ في استخدام شريط حديدي. بدلاً من المغناطيسية المثيرة في الحديد بتيار كلفاني ، قام بمغناطيس الحديد عن طريق لمسه بمغناطيس فولاذي دائم. كانت النتيجة واحدة: في السلك الملفوف حول الحديد ، كان التيار دائمًا متحمسًا في لحظة مغنطة الحديد وإزالة مغنطيته. ثم أدخل فاراداي مغناطيسًا فولاذيًا في دوامة السلك - أدى اقتراب الأخير وإزالته إلى تيارات تحريضية في السلك. باختصار ، فإن المغناطيسية ، بمعنى إثارة التيارات الحثية ، تعمل بنفس الطريقة تمامًا مثل التيار الجلفاني.

في ذلك الوقت ، كان الفيزيائيون مشغولين بشدة بواحد ظاهرة غامضة، التي اكتشفها أراغو في عام 1824 ولم تجد أي تفسير ، على الرغم من حقيقة أن علماء بارزين في ذلك الوقت مثل أراغو نفسه وأمبير وبواسون وباباج وهيرشل كانوا يبحثون بشكل مكثف عن هذا التفسير. كان الأمر على النحو التالي. إبرة مغناطيسية ، معلقة بحرية ، سرعان ما تستقر إذا تم وضع دائرة من المعدن غير المغناطيسي تحتها ؛ إذا تم وضع الدائرة بعد ذلك في حركة دورانية ، تبدأ الإبرة المغناطيسية في متابعتها.

في حالة الهدوءكان من المستحيل اكتشاف أدنى جاذبية أو تنافر بين الدائرة والسهم ، بينما الدائرة نفسها ، التي كانت في حالة حركة ، تم سحبها ليس فقط على طول السهم الخفيف ، ولكن أيضًا على المغناطيس الثقيل. انها حقيقة ظاهرة معجزةبدا للعلماء في ذلك الوقت لغزًا غامضًا ، شيء يتجاوز الطبيعي. افترض فاراداي ، بناءً على بياناته أعلاه ، أن دائرة من المعدن غير المغناطيسي ، تحت تأثير المغناطيس ، تدور أثناء الدوران بواسطة التيارات الحثية التي تؤثر على الإبرة المغناطيسية وترسمها خلف المغناطيس. في الواقع ، من خلال إدخال حافة الدائرة بين أقطاب مغناطيس كبير على شكل حدوة حصان وربط مركز وحافة الدائرة بجلفانومتر بسلك ، تلقى فاراداي تيارًا كهربائيًا ثابتًا أثناء دوران الدائرة.

بعد ذلك ، استقر فاراداي على ظاهرة أخرى كانت تثير فضولًا عامًا. كما تعلم ، إذا تم رش برادة الحديد على مغناطيس ، يتم تجميعها على طول خطوط معينة ، تسمى المنحنيات المغناطيسية. لفت فاراداي الانتباه إلى هذه الظاهرة ، وأعطى الأسس في عام 1831 للمنحنيات المغناطيسية ، التي أطلق عليها اسم "خطوط القوة المغناطيسية" ، والتي دخلت بعد ذلك حيز الاستخدام العام. دراسة هذه "الخطوط" قادت فاراداي إلى اكتشاف جديد ، اتضح أنه بالنسبة لإثارة التيارات الحثية ، فإن اقتراب المصدر وإزالته من القطب المغناطيسي ليس ضروريًا. لإثارة التيارات ، يكفي عبور خطوط القوة المغناطيسية بطريقة معروفة.

أرز. 4- "خطوط القوة المغناطيسية"

اكتسبت أعمال فاراداي الأخرى في الاتجاه المذكور ، من وجهة النظر الحديثة ، طابع شيء معجزة تمامًا. في بداية عام 1832 ، أظهر جهازًا يتم فيه إثارة التيارات الحثية دون مساعدة من المغناطيس أو التيار الكلفاني. يتكون الجهاز من شريط حديدي موضوع في ملف سلكي. هذا الجهاز ، في ظل الظروف العادية ، لم يعط أدنى علامة على ظهور التيارات فيه ؛ ولكن بمجرد إعطائه اتجاهًا يتوافق مع اتجاه الإبرة المغناطيسية ، تم تحفيز تيار في السلك.

ثم أعطى فاراداي موضع الإبرة المغناطيسية لملف واحد ثم أدخل شريطًا حديديًا فيه: كان التيار متحمسًا مرة أخرى. السبب الذي تسبب في حدوث التيار في هذه الحالات هو المغناطيسية الأرضية ، والتي تسببت في تيارات استقرائية مثل المغناطيس العادي أو التيار الكلفاني. من أجل إظهار وإثبات ذلك بشكل أكثر وضوحًا ، أجرى فاراداي تجربة أخرى أكدت أفكاره تمامًا.

لقد استنتج أنه إذا كانت دائرة من معدن غير مغناطيسي ، على سبيل المثال ، نحاس ، تدور في موضع تتقاطع فيه مع خطوط القوة المغناطيسية لمغناطيس مجاور ، وتعطي تيارًا حثيًا ، فإن نفس الدائرة ، تدور في حالة عدم وجود المغناطيس ، ولكن في الوضع الذي ستعبر فيه الدائرة خطوط المغناطيسية الأرضية ، يجب أن يعطي أيضًا تيارًا استقرائيًا. وبالفعل ، فإن الدائرة النحاسية ، التي تدور في مستوى أفقي ، تعطي تيارًا حثيًا ، ينتج عنه انحراف ملحوظ لإبرة الجلفانومتر. أكمل فاراداي سلسلة من الدراسات في مجال الحث الكهربائي باكتشاف عام 1835 "التأثير الاستقرائي للتيار على نفسه".

اكتشف أنه عندما يتم إغلاق أو فتح تيار كلفاني ، يتم إثارة التيارات الحثية اللحظية في السلك نفسه ، والذي يعمل كموصل لهذا التيار.

أعطى الفيزيائي الروسي إميل خريستوفوروفيتش لينز (1804-1861) قاعدة لتحديد اتجاه التيار المستحث. "يتم توجيه تيار الحث دائمًا بطريقة تجعل المجال المغناطيسي الذي يخلقه يعيق أو يبطئ الحركة التي تسبب الحث ،" يلاحظ أ. كوروبكو ستيفانوف في مقالته عن الحث الكهرومغناطيسي. - على سبيل المثال ، عندما يقترب الملف من المغناطيس ، يكون للتيار الحثي الناتج اتجاه بحيث يكون المجال المغناطيسي الناتج عنه عكس المجال المغناطيسي للمغناطيس. نتيجة لذلك ، تنشأ قوى التنافر بين الملف والمغناطيس. ينبع حكم لينز من قانون الحفاظ على الطاقة وتحويلها. إذا سرَّعت التيارات التحريضية الحركة التي تسببت فيها ، فسيتم إنشاء العمل من لا شيء. الملف نفسه ، بعد دفعة صغيرة ، سوف يندفع نحو المغناطيس ، وفي نفس الوقت سيطلق تيار الحث الحرارة فيه. في الواقع ، يتم إنشاء تيار الحث بسبب العمل على تقريب المغناطيس والملف من بعضهما البعض.

أرز. 5. حكم لينز

لماذا يوجد تيار مستحث؟ قدم الفيزيائي الإنجليزي جيمس كليرك ماكسويل شرحًا عميقًا لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، مبتكر الكتاب المكتمل. النظرية الرياضية حقل كهرومغناطيسي. لفهم جوهر الأمر بشكل أفضل ، فكر في تجربة بسيطة للغاية. دع الملف يتكون من لفة واحدة من السلك ويتم ثقبه بواسطة مجال مغناطيسي متناوب متعامد مع مستوى الدوران. في الملف ، بالطبع ، يوجد تيار تحريضي. فسر ماكسويل هذه التجربة بشجاعة استثنائية وعدم توقع.

عندما يتغير المجال المغناطيسي في الفضاء ، وفقًا لما قاله ماكسويل ، تنشأ عملية لا يكون لوجود ملف سلكي أهمية فيها. الشيء الرئيسي هنا هو ظهور خطوط الحلقة المغلقة للمجال الكهربائي ، والتي تغطي المجال المغناطيسي المتغير. تحت تأثير المجال الكهربائي الناشئ ، تبدأ الإلكترونات في التحرك ، وينشأ تيار كهربائي في الملف. الملف هو مجرد جهاز يسمح لك باكتشاف مجال كهربائي. يتمثل جوهر ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في أن المجال المغناطيسي المتناوب يولد دائمًا في الفضاء المحيط مجالًا كهربائيًا مغلقًا خطوط القوة. يسمى هذا المجال حقل دوامة.

أعطى البحث في مجال الحث الذي أنتجته المغناطيسية الأرضية الفرصة لفاراداي للتعبير عن فكرة التلغراف في وقت مبكر من عام 1832 ، والتي شكلت بعد ذلك أساس هذا الاختراع. بشكل عام ، لا يُعزى اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي بدون سبب إلى أبرز الاكتشافات في القرن التاسع عشر - يعتمد عمل ملايين المحركات الكهربائية ومولدات التيار الكهربائي حول العالم على هذه الظاهرة ...

التطبيق العملي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي

1. البث

يخلق مجال مغناطيسي متناوب ، متحمس بتيار متغير ، مجالًا كهربائيًا في الفضاء المحيط ، والذي بدوره يثير مجالًا مغناطيسيًا ، وما إلى ذلك. تولد هذه الحقول بعضها البعض بشكل متبادل ، وتشكل مجالًا كهرومغناطيسيًا متغيرًا واحدًا - موجة كهرومغناطيسية. بعد أن نشأ في المكان الذي يوجد فيه سلك به تيار ، ينتشر المجال الكهرومغناطيسي في الفضاء بسرعة الضوء 300000 كم / ثانية.

أرز. 6. راديو

2. العلاج المغناطيسي

في الطيف الترددي أماكن مختلفةتحتلها موجات الراديو والضوء والأشعة السينية وغيرها الاشعاع الكهرومغناطيسي. وعادة ما تتميز بمجالات كهربائية ومغناطيسية متصلة ببعضها البعض باستمرار.

3. سينكروفازوترون

في الوقت الحاضر ، يُفهم المجال المغناطيسي على أنه شكل خاص من المادة يتكون من جسيمات مشحونة. في الفيزياء الحديثة ، تُستخدم حزم من الجسيمات المشحونة لاختراق الذرات بعمق لدراستها. تسمى القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على جسيم مشحون متحرك بقوة لورنتز.

4. عدادات التدفق

تعتمد الطريقة على تطبيق قانون فاراداي لموصل في مجال مغناطيسي: في تدفق سائل موصل كهربائيًا يتحرك في مجال مغناطيسي ، يتم تحفيز EMF متناسبًا مع سرعة التدفق ، والذي يتم تحويله بواسطة الجزء الإلكتروني إلى إشارة كهربائية تمثيلية / رقمية.

5. مولد التيار المستمر

في وضع المولد ، يدور المحرك للآلة تحت تأثير لحظة خارجية. بين أقطاب الجزء الثابت يوجد تدفق مغناطيسي ثابت يخترق المحرك. تتحرك موصلات ملف المحرك في مجال مغناطيسي ، وبالتالي ، يتم إحداث EMF فيها ، ويمكن تحديد اتجاهها من خلال القاعدة " اليد اليمنى". في هذه الحالة ، ينشأ جهد إيجابي على فرشاة واحدة بالنسبة للفرشاة الثانية. إذا تم توصيل حمولة بأطراف المولد ، فسوف يتدفق فيها تيار.

6. المحولات

تُستخدم المحولات على نطاق واسع في نقل الطاقة الكهربائية عبر مسافات طويلة ، وتوزيعها بين أجهزة الاستقبال ، وكذلك في مختلف الأجهزة التصحيح والتضخيم والتشوير وغيرها.

يتم تحويل الطاقة في المحول بواسطة مجال مغناطيسي متناوب. المحول عبارة عن قلب من الألواح الفولاذية الرقيقة المعزولة عن بعضها البعض ، والتي توضع عليها اثنتان ، وأحيانًا أكثر من لفائف (ملفات) من الأسلاك المعزولة. يُطلق على الملف الذي يتصل به مصدر الطاقة الكهربائية المتناوبة اسم الملف الأولي ، وتسمى الملفات المتبقية باللفائف الثانوية.

إذا تم لف ثلاث مرات أكثر من المنعطفات في الملف الثانوي للمحول أكثر من الملف الأولي ، فإن المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه في القلب بواسطة اللف الأساسي ، الذي يعبر لفات الملف الثانوي ، سيخلق ثلاثة أضعاف الجهد فيه.

باستخدام محول مع نسبة دوران عكسية ، يمكنك بسهولة وببساطة الحصول على جهد كهربي منخفض.

قائمة الأدب المستخدم

1. [مورد إلكتروني]. الحث الكهرومغناطيسي.

< https://ru.wikipedia.org/>

2. [المورد الإلكتروني]. اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي.

< http://www.e-reading.club/chapter.php/26178/78/Karcev_-_Maksvell.html >

3. [مورد إلكتروني]. اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي.

4. [مورد إلكتروني]. التطبيق العملي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.

نحن نعلم بالفعل أن التيار الكهربائي ، الذي يتحرك عبر موصل ، يخلق مجالًا مغناطيسيًا حوله. على أساس هذه الظاهرة ، اخترع الإنسان مجموعة متنوعة من المغناطيسات الكهربائية ويستخدمها على نطاق واسع. لكن السؤال الذي يطرح نفسه: إذا كانت الشحنات الكهربائية ، تتحرك ، تسبب ظهور مجال مغناطيسي ، لكن ألا تعمل والعكس صحيح؟

بمعنى ، هل يمكن أن يتسبب المجال المغناطيسي في تدفق تيار كهربائي في موصل؟ في عام 1831 ، أثبت مايكل فاراداي ذلك في إجراء مغلق دائرة كهربائيةعندما يتغير المجال المغناطيسي ، يتم توليد تيار كهربائي. كان هذا التيار يسمى تيار الحث ، وظاهرة ظهور تيار في دائرة موصلة مغلقة مع تغير المجال المغناطيسي الذي يخترق هذه الدائرة تسمى الحث الكهرومغناطيسي.

ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي

يتكون الاسم "الكهرومغناطيسي" نفسه من جزأين: "كهربائي" و "مغناطيسي". الكهربائية و الظواهر المغناطيسيةترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض. وإذا كانت الشحنات الكهربائية تتحرك وتغير المجال المغناطيسي من حولها ، فإن المجال المغناطيسي ، المتغير ، إن شاءًا ، يجعل الشحنات الكهربائية تتحرك ، وتشكل تيارًا كهربائيًا.

في هذه الحالة ، فإن المجال المغناطيسي المتغير هو الذي يسبب حدوث تيار كهربائي. لن يتسبب المجال المغناطيسي الدائم في الحركة الشحنات الكهربائية، وبالتالي ، لا يتم تشكيل تيار الحث. دراسة أكثر تفصيلاً لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي واشتقاق الصيغ وقانون الحث الكهرومغناطيسي يشير إلى مسار الصف التاسع.

تطبيق الحث الكهرومغناطيسي

في هذا المقال سنتحدث عن استخدام الحث الكهرومغناطيسي. يعتمد تشغيل العديد من المحركات والمولدات الحالية على استخدام قوانين الحث الكهرومغناطيسي. مبدأ عملهم سهل الفهم.

يمكن أن يحدث تغيير في المجال المغناطيسي ، على سبيل المثال ، عن طريق تحريك المغناطيس. لذلك ، إذا تم تحريك المغناطيس داخل دائرة مغلقة بواسطة تأثير طرف ثالث ، فسيظهر تيار في هذه الدائرة. حتى تتمكن من إنشاء مولد التيار.

على العكس من ذلك ، إذا تم تمرير تيار من مصدر خارجي عبر الدائرة ، فإن المغناطيس داخل الدائرة سيبدأ في التحرك تحت تأثير المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الكهربائي. بهذه الطريقة ، يمكن تركيب محرك كهربائي.

تقوم المولدات الحالية الموصوفة أعلاه بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية في محطات توليد الطاقة. الطاقة الميكانيكية هي طاقة الفحم ووقود الديزل وطاقة الرياح والمياه وما إلى ذلك. يتم توفير الكهرباء عن طريق الأسلاك للمستهلكين وهناك يتم تحويلها مرة أخرى إلى طاقة ميكانيكية في المحركات الكهربائية.

تعتمد المحركات الكهربائية للمكانس الكهربائية ومجففات الشعر والخلاطات والمبردات ومفرمات اللحوم الكهربائية والعديد من الأجهزة الأخرى التي نستخدمها يوميًا على استخدام الحث الكهرومغناطيسي والقوى المغناطيسية. لا داعي للحديث عن استخدام نفس هذه الظواهر في الصناعة فمن الواضح أنها منتشرة في كل مكان.

البث

العلاج المغناطيسي

في الطيف الترددي ، تشغل الأمواج الراديوية والضوء والأشعة السينية وغيرها من الإشعاع الكهرومغناطيسي أماكن مختلفة. وعادة ما تتميز بمجالات كهربائية ومغناطيسية متصلة ببعضها البعض باستمرار.

السنكروفازوترون

عدادات التدفق - متر

مولد التيار المستمر

في وضع المولد ، يدور المحرك للآلة تحت تأثير لحظة خارجية. بين أقطاب الجزء الثابت يوجد تدفق مغناطيسي ثابت يخترق المحرك. تتحرك موصلات ملف المحرك في مجال مغناطيسي ، وبالتالي ، يتم إحداث EMF فيها ، ويمكن تحديد اتجاهها بواسطة قاعدة "اليد اليمنى". في هذه الحالة ، ينشأ جهد إيجابي على فرشاة واحدة بالنسبة للفرشاة الثانية. إذا كان الحمل متصلاً بأطراف المولد ، فسوف يتدفق التيار فيه.

محولات

باستخدام محول بنسبة دوران عكسية ، يمكنك بسهولة وببساطة الحصول على جهد كهربي منخفض.

ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي هي ظاهرة تتمثل في حدوث قوة دافعة كهربائية أو جهد كهربائي في جسم يقع في مجال مغناطيسي يتغير باستمرار. تنشأ القوة الدافعة الكهربائية نتيجة الحث الكهرومغناطيسي أيضًا إذا كان الجسم يتحرك في مجال مغناطيسي ثابت وغير متجانس أو يدور في مجال مغناطيسي بحيث تتقاطع خطوطه مع تغيير حلقة مغلقة.

التيار الكهربائي المستحث

مفهوم "الاستقراء" يعني حدوث عملية نتيجة لتأثير عملية أخرى. على سبيل المثال ، يمكن إحداث تيار كهربائي ، أي أنه يمكن أن يظهر نتيجة تعريض موصل لمجال مغناطيسي بطريقة خاصة. يسمى هذا التيار الكهربائي المستحث. تمت مناقشة شروط تكوين تيار كهربائي نتيجة لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي لاحقًا في المقالة.

مفهوم المجال المغناطيسي

قبل البدء في دراسة ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، من الضروري فهم ماهية المجال المغناطيسي. تتحدث بكلمات بسيطة، المجال المغناطيسي هو منطقة من الفضاء تظهر فيها المادة المغناطيسية آثارها وخصائصها المغناطيسية. يمكن تصوير هذه المنطقة من الفضاء باستخدام خطوط تسمى خطوط المجال المغناطيسي. يمثل عدد هذه الخطوط الكمية المادية، من اتصل الفيض المغناطيسي. خطوط المجال المغناطيسي مغلقة ، تبدأ من القطب الشمالي للمغناطيس وتنتهي في الجنوب.

المجال المغناطيسي لديه القدرة على العمل على أي مواد لها خصائص مغناطيسية ، على سبيل المثال ، موصلات الحديد للتيار الكهربائي. يتميز هذا المجال بالحث المغناطيسي ، والذي يُشار إليه بـ B ويتم قياسه في تسلا (T). الحث المغناطيسي بمقدار 1 تيرا هو مجال مغناطيسي قوي للغاية يعمل بقوة 1 نيوتن على شحنة نقطية مقدارها 1 كولوم ، والتي تطير بشكل عمودي على خطوط المجال المغناطيسي بسرعة 1 م / ث ، أي 1 ت. = 1 N * s / (m * Cl).

من اكتشف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي؟

تم اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي ، على أساس مبدأ التشغيل الذي تعتمد عليه العديد من الأجهزة الحديثة ، في أوائل الثلاثينيات من القرن التاسع عشر. عادة ما يُعزى اكتشاف الاستقراء إلى مايكل فاراداي (تاريخ الاكتشاف - 29 أغسطس 1831). استند العالم إلى نتائج تجارب الفيزيائي والكيميائي الدنماركي هانز أورستد ، الذي اكتشف أن الموصل الذي يتدفق من خلاله تيار كهربائي يخلق مجالًا مغناطيسيًا حول نفسه ، أي أنه يبدأ في إظهار الخصائص المغناطيسية.

اكتشف فاراداي بدوره عكس الظاهرة التي اكتشفها أورستد. لقد لاحظ أن المجال المغناطيسي المتغير ، الذي يمكن إنشاؤه عن طريق تغيير معاملات التيار الكهربائي في الموصل ، يؤدي إلى ظهور فرق جهد في نهايات أي موصل تيار. إذا تم توصيل هذه الأطراف ، على سبيل المثال ، من خلال مصباح كهربائي ، فسوف يتدفق تيار كهربائي عبر هذه الدائرة.

نتيجة لذلك ، اكتشف فاراداي عملية فيزيائية، ونتيجة لذلك يظهر تيار كهربائي في الموصل بسبب تغير في المجال المغناطيسي ، وهو ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. في الوقت نفسه ، لتشكيل تيار مستحث ، لا يهم ما يتحرك: يمكن إظهار المجال المغناطيسي أو نفسه بسهولة إذا تم إجراء تجربة مناسبة على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. لذلك ، بعد وضع المغناطيس داخل اللولب المعدني ، بدأنا في تحريكه. إذا قمت بتوصيل طرفي اللولب من خلال أي مؤشر للتيار الكهربائي في دائرة ، يمكنك رؤية مظهر التيار. الآن يجب أن تترك المغناطيس وشأنه وتحريك اللولب لأعلى ولأسفل بالنسبة للمغناطيس. سيُظهر المؤشر أيضًا وجود التيار في الدائرة.

تجربة فاراداي

تألفت تجارب فاراداي من العمل مع موصل و المغناطيس الدائم. اكتشف مايكل فاراداي لأول مرة أنه عندما يتحرك موصل داخل مجال مغناطيسي ، ينشأ فرق جهد في نهايته. يبدأ الموصل المتحرك في عبور خطوط المجال المغناطيسي ، والذي يحاكي تأثير تغيير هذا المجال.

وجد العالم أن إيجابية و علامات سلبيةيعتمد فرق الجهد الناتج على الاتجاه الذي يتحرك فيه الموصل. على سبيل المثال ، إذا تم رفع الموصل في مجال مغناطيسي ، فإن فرق الجهد الناتج سيكون له قطبية + - ، ولكن إذا تم تخفيض هذا الموصل ، فسنحصل بالفعل على - + قطبية. تؤدي هذه التغييرات في علامة الإمكانات ، والتي يُطلق على اختلافها القوة الدافعة الكهربائية (EMF) ، إلى ظهور تيار متناوب في دائرة مغلقة ، أي تيار يغير اتجاهه باستمرار إلى العكس.

اكتشف فاراداي ملامح الحث الكهرومغناطيسي

معرفة من اكتشف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ولماذا يحدث التيار المستحث ، سنشرح بعض ميزات هذه الظاهرة. لذلك ، كلما حركت الموصل بشكل أسرع في مجال مغناطيسي ، زادت قيمة التيار المستحث في الدائرة. ميزة أخرى للظاهرة هي كما يلي: كلما زاد الحث المغناطيسي للمجال ، أي كلما كان هذا المجال أقوى ، زاد فرق الجهد الذي يمكن أن يخلقه عند تحريك الموصل في الحقل. إذا كان الموصل في حالة سكون في مجال مغناطيسي ، فلن يظهر أي EMF فيه ، حيث لا يوجد تغيير في خطوط الحث المغناطيسي التي تعبر الموصل.

اتجاه التيار الكهربائي وقاعدة اليد اليسرى

لتحديد الاتجاه في موصل التيار الكهربائي الناتج عن ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، يمكنك استخدام ما يسمى بقاعدة اليد اليسرى. يمكن صياغتها على النحو التالي: اليد اليسرىضع بحيث خطوط الحث المغناطيسي ، والتي تبدأ من القطب الشمالي للمغناطيس ، تدخل راحة اليد ، وتبرز إبهاممباشر في اتجاه حركة الموصل في مجال المغناطيس ، ثم تشير الأصابع الأربعة المتبقية من اليد اليسرى إلى اتجاه حركة التيار المستحث في الموصل.

هناك نسخة أخرى من هذه القاعدة وهي كالتالي: السبابةقم بتوجيه اليد اليسرى على طول خطوط الحث المغناطيسي ، وقم بتوجيه الإبهام البارز في اتجاه الموصل ، ثم تحول الإصبع الأوسط بمقدار 90 درجة إلى الكف سيشير إلى اتجاه التيار الذي ظهر في الموصل.

ظاهرة الاستقراء الذاتي

اكتشف هانز كريستيان أورستد وجود مجال مغناطيسي حول موصل أو ملف يحمل تيارًا. وجد العالم أيضًا أن خصائص هذا المجال ترتبط ارتباطًا مباشرًا بقوة التيار واتجاهه. إذا كان التيار في الملف أو الموصل متغيرًا ، فإنه سيولد مجالًا مغناطيسيًا لن يكون ثابتًا ، أي سيتغير. بدوره ، سيؤدي هذا المجال المتناوب إلى ظهور تيار مستحث (ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي). ستكون حركة تيار الحث دائمًا معاكسة للتيار المتردد المتداول عبر الموصل ، أي أنه سيقاوم كل تغيير في اتجاه التيار في الموصل أو الملف. هذه العملية تسمى الحث الذاتي. يُطلق على الفرق في الجهد الكهربائي الناتج في هذه الحالة اسم EMF للحث الذاتي.

لاحظ أن ظاهرة الحث الذاتي لا تحدث فقط عندما يتغير اتجاه التيار ، ولكن أيضًا مع أي تغيير فيه ، على سبيل المثال ، مع زيادة بسبب انخفاض المقاومة في الدائرة.

لوصف المقاومة الناتجة عن أي تغيير في التيار في دائرة بسبب الحث الذاتي جسديًا ، تم تقديم مفهوم الحث ، والذي تم قياسه في هنري (على شرف الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري). واحد هنري هو مثل هذا الحث ، عندما يتغير التيار بمقدار 1 أمبير في ثانية واحدة ، تنشأ EMF في عملية الحث الذاتي ، تساوي 1 فولت.

التيار المتناوب

عندما يبدأ مغوٍ بالدوران في مجال مغناطيسي ، نتيجة لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ، فإنه يخلق تيارًا مستحثًا. هذا التيار الكهربائي متغير ، أي أنه يغير اتجاهه بشكل منهجي.

التيار المتردد أكثر شيوعًا من التيار المباشر. لذلك ، فإن العديد من الأجهزة التي تعمل من الشبكة الكهربائية المركزية تستخدم هذا النوع المعين من التيار. التيار المتردد أسهل في الحث والنقل من التيار المباشر. كقاعدة عامة ، فإن تردد التيار المتردد المنزلي هو 50-60 هرتز ، أي في ثانية واحدة يتغير اتجاهه 50-60 مرة.

التمثيل الهندسي للتيار المتردد هو منحنى جيبي يصف اعتماد الجهد على الوقت. تبلغ الفترة الكاملة للمنحنى الجيبي للتيار المنزلي حوالي 20 مللي ثانية. وفقًا للتأثير الحراري ، فإن التيار المتردد مشابه للتيار المباشر ، والجهد هو U max / √2 ، حيث U max هو أقصى جهد على المنحنى الجيبي للتيار المتردد.

استخدام الحث الكهرومغناطيسي في التكنولوجيا

أنتج اكتشاف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي طفرة حقيقية في تطور التكنولوجيا. قبل هذا الاكتشاف ، كان البشر قادرين على إنتاج الكهرباء في كميات محدودةفقط مع البطاريات الكهربائية.

هذا حاليا ظاهرة فيزيائيةمستعمل في محولات كهربائية، في السخانات التي تحول التيار المستحث إلى حرارة ، وكذلك في المحركات الكهربائية ومولدات السيارات.