الحث الكهرومغناطيسيElectromagnetic Induction

الحث الكهرومغناطيسيElectromagnetic Induction
قانون فارادي للحثFaraday s Law of Induction
درسنا سابقا كيفية الحصول على مجال مغناطيسي من تيار يمر في اشكال مختلفة من السلك، وتجدر الاشارة هنا إلى التساؤل هل يمكن الحصول على تيار كهربائي من المجال المغناطيسي. وهذا ما تم الإجابة عنه كل من العالمين مايكل فاراديوجوزيف هنري حيث اكتشف قانون فارادي عام 1831 بعد أن قام كل من العالمين بعدة تجارب ادت إلى نتائج متشابهة وهي ما تعرف بقانون فارادي للحث(Faraday s law of induction). والتي من خلالها يمكن الحصول على تيار كهربائي من المجال المغناطيسي.
لوحظ أنه عند اقتراب مغناطيس من الدائرة المبينة في الشكل 1 يتحرك مؤشر الكلفانوميتر وعند ثبوت المغناطيس يعود مؤشر الكلفانوميتر إلى الصفر، أما عند سحب المغناطيس في الاتجاه المعاكس ينحرف مؤشر الكلفانوميتر في الاتجاه الأخر مما يشر إلى مرور تيار كهربائي في الدائرة عند حركة المغناطيس، يعرف هذا التيار بالتيار الحثي (Induced current) وهو ناشئ من قوة دافعة كهربائية محتثة (Induced Electromotive Force).





الشكل (1):تجربة بسيطة توضح مرور تيار كهربائي في الدائرة عند حركة المغناطيس[3].


في تجربة أخرى مبينة في الشكل2 نلاحظ عند لحظة اغلاق مفتاح الدائرة الكهربائية ولحظة فتح الدائرة الكهربائية مرور تيار في الدائرة الثانوية، وهذا يعود إلى انه في حالة فتح الدائرة الكهربائية أو اغلاقها فإن التيار يتغير بين القيمة صفر واقصى قيمة مما يؤدي إلى تغيير في المجال المغناطيسي المتولد في الملف على الجانب الأيسر للدائرة وهذا يؤدي إلى تيار كهربائي يمر في الدائرة الثانوية.
من الملاحظات العملية على التجارب سابقة الذكر نستنتج أن القوة الدافعة الكهربائية (?) في الدائرة تتناسب طردياً مع المعدل الزمني للتغير في الفيض المغناطيسي خلال الدائرة،أي أن:


(1) قانون فارادي للحث ?=-d?/dt









حيث أن ? هي الفيض المغناطيسي المار خلال الدائرة الكهربائية. والتي تحسب من المعادلة الآتية:
?= ? B ? .ds ? (2)

في حالة تكون الدائرة الكهربائية من عدة لفات N فإن قانون فارادي للحث يصبح في الصيغة الآتية:
?=-N d?/dt (3)
على فرض حلقة محيطة بالمساحة S موضوعة في مجال مغناطيسي منتظم كما موضح في الشكل 3، فان الفيض المغناطيسي خلال الحلقة يساوي BScos? ، ولهذا يمكن التعبير عن القوه الدافعة الكهربائية كالتالي:
?=-d/dt( BS cos???)? (4)
من المعادلة 4 ينتج انه لتغيير الفيض المغناطيسي يمكن استعمال عدة طرق وهي:تغيير المجال المغناطيسيB ?، او تغيير مساحة الدائرة الكهربائية مع الزمن، او تغير الزاوية ?بين متجه العمودي على المساحة ومتجه المجال المغناطيسيB ? مع الزمن.