في المادة ، سوف نفهم مفهوم تحريض المجالات الكهرومغناطيسية في حالات حدوثه. نعتبر أيضًا الحث بمثابة معلمة رئيسية لحدوث تدفق مغناطيسي عندما يظهر مجال كهربائي في موصل.
الحث الكهرومغناطيسي هو توليد التيار الكهربائي بواسطة المجالات المغناطيسية التي تتغير بمرور الوقت. بفضل اكتشافات فاراداي ولينز ، تمت صياغة الأنماط في قوانين ، والتي أدخلت التناظر في فهم التدفقات الكهرومغناطيسية. جمعت نظرية ماكسويل المعرفة حول التيار الكهربائي والتدفق المغناطيسي. بفضل اكتشاف هيرتز ، تعلمت البشرية عن الاتصالات.
محتوى
الفيض المغناطيسي
يظهر مجال كهرومغناطيسي حول موصل بتيار كهربائي ، ومع ذلك ، بالتوازي ، تحدث الظاهرة المعاكسة أيضًا - الحث الكهرومغناطيسي.ضع في اعتبارك التدفق المغناطيسي كمثال: إذا تم وضع إطار موصل في مجال كهربائي مع الحث وتم نقله من أعلى إلى أسفل على طول خطوط المجال المغناطيسي أو إلى اليمين أو اليسار عموديًا عليها ، فإن التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الإطار سيكون مستمر.
عندما يدور الإطار حول محوره ، فبعد فترة من الوقت سيتغير التدفق المغناطيسي بمقدار معين. نتيجة لذلك ، يظهر EMF للحث في الإطار ويظهر تيار كهربائي يسمى الحث.
الحث EMF
دعونا نفحص بالتفصيل ما هو مفهوم المجالات الكهرومغناطيسية للاستقراء. عندما يتم وضع موصل في مجال مغناطيسي ويتحرك مع تقاطع خطوط المجال ، تظهر قوة دافعة كهربائية في الموصل تسمى الحث EMF. يحدث أيضًا إذا ظل الموصل ثابتًا ، وكان المجال المغناطيسي يتحرك ويتقاطع مع خطوط القوة الموصل.
عندما يغلق الموصل ، حيث يحدث emf ، من الدائرة الخارجية ، بسبب وجود هذا emf ، يبدأ تيار الحث بالتدفق عبر الدائرة. يتضمن الحث الكهرومغناطيسي ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في الموصل في اللحظة التي يتم عبورها بواسطة خطوط المجال المغناطيسي.
الحث الكهرومغناطيسي هو عملية عكسية لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى تيار كهربائي. يستخدم هذا المفهوم وقوانينه على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية ، وتعتمد معظم الآلات الكهربائية على هذه الظاهرة.
قوانين فاراداي ولينز
تعكس قوانين فاراداي ولينز أنماط حدوث الحث الكهرومغناطيسي.
وجد فاراداي أن التأثيرات المغناطيسية تظهر نتيجة للتغيرات في التدفق المغناطيسي بمرور الوقت.في لحظة عبور الموصل بتيار مغناطيسي متناوب ، تنشأ فيه قوة دافعة كهربائية ، مما يؤدي إلى ظهور تيار كهربائي. يمكن لكل من المغناطيس الدائم والمغناطيس الكهربائي توليد تيار.
قرر العالم أن شدة التيار تزداد بتغير سريع في عدد خطوط القوة التي تعبر الدائرة. أي أن المجالات الكهرومغناطيسية للحث الكهرومغناطيسي تتناسب بشكل مباشر مع سرعة التدفق المغناطيسي.
وفقًا لقانون فاراداي ، يتم تعريف صيغ الحث الكهرومغناطيسي على النحو التالي:
E \ u003d - dF / dt.
تشير علامة الطرح إلى العلاقة بين قطبية EMF المستحث واتجاه التدفق والسرعة المتغيرة.
وفقًا لقانون لينز ، من الممكن توصيف القوة الدافعة الكهربائية اعتمادًا على اتجاهها. أي تغيير في التدفق المغناطيسي في الملف يؤدي إلى ظهور EMF للتحريض ، ومع التغيير السريع ، لوحظ زيادة EMF.
إذا كان الملف ، حيث يوجد EMF للحث ، يحتوي على دائرة كهربائية قصيرة إلى دائرة خارجية ، فإن تيار تحريضي يتدفق عبره ، ونتيجة لذلك يظهر مجال مغناطيسي حول الموصل ويكتسب الملف خصائص الملف اللولبي . نتيجة لذلك ، يتم تشكيل مجال مغناطيسي حول الملف.
إ. أنشأ Lenz نمطًا يتم بموجبه تحديد اتجاه تيار الحث في الملف و EMF الحثي. ينص القانون على أن الحث الكهرومغناطيسي في الملف ، عندما يتغير التدفق المغناطيسي ، يشكل تيارًا اتجاهيًا في الملف ، حيث يجعل التدفق المغناطيسي المعطى للملف من الممكن تجنب التغيرات في التدفق المغناطيسي الخارجي.
ينطبق قانون لينز على جميع حالات تحريض التيار الكهربائي في الموصلات ، بغض النظر عن تكوينها وطريقة تغيير المجال المغناطيسي الخارجي.
حركة سلك في مجال مغناطيسي
يتم تحديد قيمة EMF المستحث اعتمادًا على طول الموصل الذي تعبر خطوط مجال القوة. مع وجود عدد أكبر من خطوط الحقل ، تزداد قيمة emf المستحثة. مع زيادة المجال المغناطيسي والحث ، تحدث قيمة أكبر لـ EMF في الموصل. وبالتالي ، فإن قيمة EMF للحث في موصل يتحرك في مجال مغناطيسي تعتمد بشكل مباشر على تحريض المجال المغناطيسي وطول الموصل وسرعة حركته.
ينعكس هذا الاعتماد في الصيغة E = Blv ، حيث E هو الاستقراء emf ؛ B هي قيمة الحث المغناطيسي ؛ أنا هو طول الموصل. v هي سرعة حركتها.
لاحظ أنه في الموصل الذي يتحرك في مجال مغناطيسي ، يظهر الحث EMF فقط عندما يعبر خطوط المجال المغناطيسي. إذا تحرك الموصل على طول خطوط القوة ، فلن يتم إحداث أي EMF. لهذا السبب ، تنطبق المعادلة فقط في الحالات التي يتم فيها توجيه حركة الموصل بشكل عمودي على خطوط القوة.
يتم تحديد اتجاه EMF المستحث والتيار الكهربائي في الموصل من خلال اتجاه حركة الموصل نفسه. لتحديد الاتجاه ، تم تطوير قاعدة اليد اليمنى. إذا كنت تمسك راحة يدك اليمنى بحيث تدخل خطوط المجال في اتجاهها ، ويشير الإبهام إلى اتجاه حركة الموصل ، فإن الأصابع الأربعة المتبقية تشير إلى اتجاه emf المستحث واتجاه التيار الكهربائي في الموصل.
لفائف الدورية
يعتمد تشغيل مولد التيار الكهربائي على دوران الملف في تدفق مغناطيسي ، حيث يوجد عدد معين من المنعطفات. يتم إحداث EMF في دائرة كهربائية دائمًا عندما يتم عبورها بواسطة تدفق مغناطيسي ، بناءً على صيغة التدفق المغناطيسي Ф \ u003d B x S x cos α (الحث المغناطيسي مضروب في مساحة السطح التي يمر من خلالها التدفق المغناطيسي ، وجيب التمام للزاوية التي شكلها متجه الاتجاه وخطوط المستوى العمودية).
وفقًا للصيغة ، تتأثر F بالتغيرات في المواقف:
- عندما يتغير التدفق المغناطيسي ، يتغير متجه الاتجاه ؛
- المنطقة المغلقة في التغييرات الكنتورية ؛
- يتغير الزاوية.
يُسمح بإحداث EMF بمغناطيس ثابت أو تيار ثابت ، ولكن ببساطة عندما يدور الملف حول محوره داخل المجال المغناطيسي. في هذه الحالة ، يتغير التدفق المغناطيسي مع تغير الزاوية. يعبر الملف في عملية الدوران خطوط قوة التدفق المغناطيسي ، ونتيجة لذلك ، يظهر EMF. مع الدوران المنتظم ، يحدث تغيير دوري في التدفق المغناطيسي. أيضًا ، يصبح عدد سطور الحقل التي تتقاطع مع كل ثانية مساويًا للقيم على فترات منتظمة.
من الناحية العملية ، في مولدات التيار المتناوب ، يظل الملف ثابتًا ، ويدور المغناطيس الكهربائي حوله.
الحث الذاتي EMF
عندما يمر تيار كهربائي متناوب عبر الملف ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي متناوب ، والذي يتميز بتغير تدفق مغناطيسي يحفز EMF. هذه الظاهرة تسمى الحث الذاتي.
نظرًا لحقيقة أن التدفق المغناطيسي يتناسب مع شدة التيار الكهربائي ، فإن صيغة EMF ذاتية الحث تبدو كما يلي:
Ф = L x I ، حيث L هي المحاثة المقاسة بوحدة H.يتم تحديد قيمتها من خلال عدد الدورات لكل وحدة طول وقيمة المقطع العرضي لها.
الحث المتبادل
عندما يتم وضع ملفين جنبًا إلى جنب ، يلاحظان المجال الكهرومغناطيسي للحث المتبادل ، والذي يتم تحديده من خلال تكوين الدائرتين وتوجههما المتبادل. مع زيادة فصل الدوائر ، تنخفض قيمة الحث المتبادل ، نظرًا لوجود انخفاض في إجمالي التدفق المغناطيسي للملفين.
دعونا نفكر بالتفصيل في عملية ظهور الحث المتبادل. هناك ملفان ، يتدفق التيار I1 عبر سلك أحدهما مع لفات N1 ، مما يخلق تدفقًا مغناطيسيًا ويمر عبر الملف الثاني بعدد N2 من المنعطفات.
قيمة الحث المتبادل للملف الثاني بالنسبة إلى الأول:
M21 = (N2 × F21) / I1.
قيمة التدفق المغناطيسي:
F21 = (M21 / N2) × I1.
يتم حساب emf المستحث بالصيغة:
E2 = - N2 x dФ21 / dt = - M21x dI1 / dt.
في الملف الأول ، قيمة emf المستحثة:
E1 = - M12 x dI2 / dt.
من المهم ملاحظة أن القوة الدافعة الكهربائية الناتجة عن الحث المتبادل في أحد الملفات تتناسب على أي حال بشكل مباشر مع التغيير في التيار الكهربائي في الملف الآخر.
ثم يعتبر الحث المتبادل مساوياً لـ:
M12 = M21 = م.
نتيجة لذلك ، E1 = - M x dI2 / dt و E2 = M x dI1 / dt. M = K √ (L1 x L2) ، حيث K هي معامل الاقتران بين قيمتي المحاثة.
يستخدم الحث المتبادل على نطاق واسع في المحولات ، مما يجعل من الممكن تغيير قيمة التيار الكهربائي المتردد. الجهاز عبارة عن زوج من الملفات التي يتم لفها على قلب مشترك. يشكل التيار في الملف الأول تدفقًا مغناطيسيًا متغيرًا في الدائرة المغناطيسية وتيارًا في الملف الثاني.مع عدد أقل من المنعطفات في الملف الأول مقارنة بالثاني ، يزداد الجهد ، وبالتالي ، مع وجود عدد أكبر من المنعطفات في الملف الأول ، ينخفض الجهد.
بالإضافة إلى توليد الطاقة الكهربائية وتحويلها ، تُستخدم ظاهرة الحث المغناطيسي في الأجهزة الأخرى. على سبيل المثال ، في قطارات الرفع المغناطيسي تتحرك دون اتصال مباشر مع التيار في القضبان ، ولكن ارتفاعها بضع سنتيمترات بسبب التنافر الكهرومغناطيسي.
مقالات مماثلة:
