قانون الحث الكهرومغناطيسيتكمن في أساس الهندسة الكهربائية الحديثة، وكذلك هندسة الراديو، والتي بدورها تشكل جوهر الصناعة الحديثة، التي حولت حضارتنا بأكملها بالكامل. الاستخدام العمليبدأ الحث الكهرومغناطيسي بعد نصف قرن فقط من اكتشافه. بينما تطور تقنيوكان لا يزال بطيئا نسبيا. السبب الذي يجعل الهندسة الكهربائية تلعب هذا الدور المهم في كل حياتنا حياة عصرية، هو أن الكهرباء هي الشكل الأكثر ملاءمة للطاقة ويرجع ذلك على وجه التحديد إلى قانون الحث الكهرومغناطيسي. وهذا الأخير يجعل من الممكن الحصول بسهولة على الكهرباء من الطاقة الميكانيكية (المولدات)، وتوزيع ونقل الطاقة (المحولات) بمرونة وتحويلها مرة أخرى إلى طاقة ميكانيكية (محرك كهربائي) وأنواع أخرى من الطاقة، وكل ذلك بكفاءة عالية جدًا. قبل 50 عامًا فقط، كان توزيع الطاقة بين الآلات في المصانع يتم من خلاله نظام معقدالأعمدة ومحركات الحزام - شكلت غابة ناقل الحركة تفاصيل مميزة عن "الداخلية" الصناعية في ذلك الوقت. تم تجهيز الآلات الحديثة بمحركات كهربائية مدمجة مدعومة بنظام أسلاك كهربائية مخفي.

تستخدم الصناعة الحديثة نظام إمداد طاقة واحد يغطي الدولة بأكملها، وأحيانًا عدة دول مجاورة.

يبدأ نظام إمداد الطاقة بمولد كهربائي. يعتمد تشغيل المولد على الاستخدام المباشر لقانون الحث الكهرومغناطيسي. من الناحية التخطيطية، أبسط مولد هو مغناطيس كهربائي ثابت (الجزء الثابت)، في مجال يدور الملف (الدوار). تتم إزالة التيار المتردد المتحمس في لف الدوار باستخدام جهات اتصال خاصة متحركة - فرش. نظرًا لصعوبة تمرير كميات كبيرة من الطاقة من خلال نقاط الاتصال المتحركة، غالبًا ما يتم استخدام دائرة مولد معكوسة: يقوم مغناطيس كهربائي دوار بإثارة التيار في ملفات الجزء الثابت الثابتة. وهكذا، يقوم المولد بتحويل الطاقة الميكانيكية لدوران الدوار إلى كهرباء. يتم تشغيل الأخير إما بالطاقة الحرارية (توربينات البخار أو الغاز) أو الطاقة الميكانيكية (التوربينات الهيدروليكية).

في الطرف الآخر من نظام إمدادات الطاقة هناك العديد من المحركاتالتي تستخدم الكهرباء، وأهمها المحرك الكهربائي (المحرك الكهربائي). الأكثر شيوعًا بسبب بساطته هو ما يسمى بالمحرك غير المتزامن الذي تم اختراعه بشكل مستقل في 1885-1887. الفيزيائي الإيطالي فيراريس والمهندس الكرواتي الشهير تسلا (الولايات المتحدة الأمريكية). الجزء الثابت لمثل هذا المحرك عبارة عن مغناطيس كهربائي معقد يخلق مجالًا دوارًا. يتم تحقيق الدوران الميداني باستخدام نظام من اللفات تكون فيه التيارات خارج الطور. في أبسط الحالات، يكفي أخذ تراكب حقلين في اتجاهات متعامدة، مع إزاحة الطور بمقدار 90 درجة (الشكل VI.10).

يمكن كتابة هذا الحقل كتعبير معقد:

والذي يمثل متجهًا ثنائي الأبعاد بطول ثابت يدور عكس اتجاه عقارب الساعة بتردد co. على الرغم من أن الصيغة (53.1) تشبه التمثيل المعقد التيار المتناوبفي المادة 52، لها المعنى الجسديآخر. في حالة التيار المتردد، فإن الجزء الحقيقي فقط من التعبير المعقد له قيمة حقيقية، أما هنا تمثل الكمية المعقدة ناقل ثنائي الأبعاد، وطوره ليس فقط طور تذبذبات مكونات المجال المتردد، ولكنه يميز أيضًا اتجاه متجه المجال (انظر الشكل VI.10).

في التكنولوجيا، عادة ما يتم استخدام أكثر من ذلك بقليل دائرة معقدةدوران المجال باستخدام ما يسمى بالتيار ثلاثي الطور، أي ثلاث تيارات، يتم إزاحة مراحلها بمقدار 120 درجة بالنسبة لبعضها البعض. تخلق هذه التيارات مجالًا مغناطيسيًا في ثلاثة اتجاهات، يدور أحدهما بالنسبة للآخر بزاوية 120 درجة (الشكل VI.11). لاحظ أنه يتم الحصول على مثل هذا التيار ثلاثي الطور تلقائيًا في المولدات ذات ترتيب مماثل من اللفات. تم اختراع تيار ثلاثي الطور، والذي انتشر على نطاق واسع في التكنولوجيا

أرز. VI.10. مخطط للحصول على الدورية حقل مغناطيسي.

أرز. السادس.11. مخطط المحرك غير المتزامن. للتبسيط، يظهر الدوار كدورة واحدة.

في عام 1888 من قبل المهندس الكهربائي الروسي المتميز دوليفو دوبروفولسكي، الذي بنى أول خط نقل للطاقة التقنية في العالم في ألمانيا على هذا الأساس.

يتكون اللف الدوار للمحرك غير المتزامن من أبسط حالة من المنعطفات ذات الدائرة القصيرة. يقوم المجال المغناطيسي المتناوب بإحداث تيار في المنعطفات مما يؤدي إلى دوران الجزء المتحرك في نفس اتجاه المجال المغناطيسي. وفقا لقاعدة لينز، يميل الجزء الدوار إلى "اللحاق" بالمجال المغناطيسي الدوار. بالنسبة للمحرك المحمل، تكون سرعة دوران الجزء المتحرك دائمًا أقل من المجال، وإلا فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة والتيار في الجزء المتحرك سوف يذهبان إلى الصفر. ومن هنا الاسم - محرك غير متزامن.

المهمة 1. ابحث عن سرعة الدوار للمحرك غير المتزامن اعتمادًا على الحمل.

معادلة التيار في دورة واحدة للدوار لها الشكل

حيث السرعة الزاوية لانزلاق المجال بالنسبة للدوار، تميز اتجاه الملف بالنسبة للمجال، وموقع الملف في الدوار (الشكل VI.12، أ). بالانتقال إلى الكميات المعقدة (انظر الفقرة 52)، نحصل على الحل (53.2)

عزم الدوران المؤثر على الملف في نفس المجال المغناطيسي هو

أرز. VI.12. لمشكلة محرك غير متزامن. أ - لف الدوار في حقل "منزلق" ؛ ب - خصائص الحمولة للمحرك.

عادة ما يحتوي لف الدوار رقم ضخمدورات متباعدة بشكل منتظم، بحيث يمكن استبدال الجمع فوق 9 بالتكامل، ونتيجة لذلك نحصل على عزم الدوران الإجمالي على عمود المحرك

أين هو عدد دورات الدوار يظهر الرسم البياني للتبعية في الشكل. VI.12، ب. الحد الأقصى لعزم الدوران يتوافق مع تردد الانزلاق، لاحظ أن المقاومة الأومية للجزء المتحرك تؤثر فقط على تردد الانزلاق، وليس على أقصى عزم دورانمحرك. يتوافق تردد الانزلاق السلبي (الدوار "يتجاوز" المجال) مع وضع المولد. للحفاظ على هذا الوضع، من الضروري إنفاق الطاقة الخارجية، والتي يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية في اللفات الجزء الثابت.

عند عزم دوران معين، يكون تردد الانزلاق غامضًا، ولكن الوضع هو الوحيد المستقر

العنصر الرئيسي في أنظمة تحويل ونقل الكهرباء هو المحول الذي يغير جهد التيار المتردد. بالنسبة لنقل الكهرباء لمسافات طويلة، من المفيد استخدام أقصى جهد ممكن، يقتصر فقط على انهيار العزل. حاليًا، تعمل خطوط النقل بجهد يبلغ حوالي 2. بالنسبة إلى طاقة مرسلة معينة، يتناسب التيار في الخط عكسيًا مع الجهد، وتقع الخسائر في الخط كمربع الجهد. من ناحية أخرى، هناك حاجة إلى جهد كهربائي أقل بكثير لتشغيل مستهلكي الكهرباء، ويرجع ذلك أساسًا إلى بساطة التصميم (العزل)، فضلاً عن احتياطات السلامة. ومن هنا الحاجة إلى تحويل الجهد.

عادةً ما يتكون المحول من ملفين على قلب حديدي مشترك (الشكل السادس 13). مطلوب نواة حديدية في المحول لتقليل تدفق التسرب وبالتالي تحسين ربط التدفق بين اللفات. وبما أن الحديد موصل أيضًا، فإنه ينقل بالتناوب

أرز. V1.13. دائرة محول التيار المتردد.

أرز. VI.14. رسم تخطيطي لحزام روجوفسكي. يُظهر الخط المتقطع بشكل تقليدي مسار التكامل.

المجال المغناطيسي فقط على عمق صغير (انظر الفقرة 87). لذلك، يجب أن تكون قلوب المحولات مغلفة، أي على شكل مجموعة من الصفائح الرقيقة المعزولة كهربائيًا عن بعضها البعض. بالنسبة لتردد طاقة قدره 50 هرتز، يكون سمك اللوحة المعتاد 0.5 مم. بالنسبة للمحولات ذات الترددات العالية (في الهندسة الراديوية) من الضروري استخدام ألواح رقيقة جدًا (مم) أو نوى من الفريت.

المهمة 2. عند أي جهد يجب عزل الألواح الأساسية للمحول؟

إذا كان عدد اللوحات الموجودة في القلب والجهد لكل دورة من ملفات المحولات، فإن الجهد بين اللوحات المجاورة

في أبسط حالة غياب التدفق الطائش، فإن نسبة القوة الدافعة الكهربية في كلا الملفين تتناسب مع عدد دوراتهما، حيث أن القوة الدافعة الكهربية المستحثة لكل دورة يتم تحديدها بنفس التدفق في القلب. بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت الخسائر في المحول صغيرة ومقاومة الحمل كبيرة، فمن الواضح أن نسبة الفولتية في اللفات الأولية والثانوية متناسبة أيضًا. هذا هو مبدأ تشغيل المحول، والذي يجعل من الممكن بسهولة تغيير الجهد عدة مرات.

المهمة 3. ابحث عن نسبة تحويل الجهد عند الحمل التعسفي.

مع إهمال الفاقد في المحول والتبديد (المحول المثالي) نكتب معادلة التيارات في اللفات على الشكل (بوحدات SI)

حيث يتم استخدام المقاومة المعقدة للحمل (انظر الفقرة 52) والتعبير (51.2) للقوة الدافعة الكهربية المستحثة لدائرة معقدة. باستخدام العلاقة (51.6)؛ يمكنك العثور على معامل تحويل الجهد دون حل المعادلات (53.6)، ولكن ببساطة قسمتها على بعضها البعض:

وبالتالي فإن معامل التحويل يساوي ببساطة نسبة عدد اللفات عند أي حمل. تعتمد العلامة على اختيار بداية ونهاية اللفات.

للعثور على نسبة التحويل الحالية، تحتاج إلى حل النظام (53.7)، ونتيجة لذلك نحصل عليها

في الحالة العامةتبين أن المعامل عبارة عن قيمة معقدة، أي أن تحول الطور يظهر بين التيارات في اللفات. الحالة الخاصة للحمل الصغير هي موضع الاهتمام، أي أن نسبة التيار تصبح معكوسة لنسبة الجهد.

يمكن استخدام طريقة تشغيل المحول هذه لقياس التيارات الكبيرة (المحول الحالي). اتضح أن نفس التحويل البسيط للتيارات يتم الحفاظ عليه من أجل الاعتماد التعسفي للتيار في الوقت المحدد مع تصميم خاص للمحول الحالي. في هذه الحالة، يطلق عليه حزام روجوفسكي (الشكل VI.14) وهو عبارة عن ملف لولبي مرن مغلق ذو شكل عشوائي مع لف منتظم. يعتمد تشغيل الحزام على قانون الحفاظ على دوران المجال المغناطيسي (انظر الفقرة 33): حيث يتم التكامل على طول الكفاف داخل الحزام (انظر الشكل VI.14)، - إجمالي التيار المقاس الذي يغطيه الحزام حزام. بافتراض أن الأبعاد العرضية للحزام صغيرة بما فيه الكفاية، يمكننا كتابة القوة الدافعة الكهربية المستحثة المستحثة على الحزام على النحو التالي:

أين - المقطع العرضيالحزام هو كثافة اللف، ويفترض أن تكون القيمتان ثابتتين على طول الحزام؛ داخل الحزام، إذا كانت كثافة لف الحزام ومقطعه العرضي 50 ثابتة على طول (53.9).

التحويل البسيط للجهد الكهربائي ممكن فقط للتيار المتردد. وهذا يحدد دورها الحاسم في الصناعة الحديثة. في الحالات التي يكون فيها التيار المباشر مطلوبا، تنشأ صعوبات كبيرة. على سبيل المثال، في خطوط نقل الطاقة طويلة المدى للغاية، يتم تطبيقها التيار المباشريوفر مزايا كبيرة: يتم تقليل فقدان الحرارة، نظرًا لعدم وجود تأثير على الجلد (انظر الفقرة 87) ولا يوجد رنين

(موجة) العمليات العابرةعند تشغيل - إيقاف تشغيل خط نقل يبلغ طوله حوالي الطول الموجي للتيار المتردد (6000 كيلومتر للتردد الصناعي 50 هرتز). تكمن الصعوبة في تصحيح التيار المتردد الجهد العاليفي أحد طرفي خط النقل والتحويل العكسي في الطرف الآخر.

مقال

في تخصص "الفيزياء"

الموضوع: “اكتشاف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي”

مكتمل:

طالب المجموعة 13103/1

سان بطرسبورج

2. تجارب فاراداي. 3

3. التطبيق العملي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. 9

4. قائمة الأدبيات المستخدمة... 12

الحث الكهرومغناطيسي هو ظاهرة حدوث تيار كهربائي في دائرة مغلقة عندما يتغير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبرها. اكتشف مايكل فاراداي الحث الكهرومغناطيسي في 29 أغسطس 1831. واكتشف أن القوة الدافعة الكهربائية الناشئة في دائرة موصلة مغلقة تتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده هذه الدائرة. لا يعتمد حجم القوة الدافعة الكهربائية (EMF) على سبب تغير التدفق - التغير في المجال المغناطيسي نفسه أو حركة الدائرة (أو جزء منها) في المجال المغناطيسي. يسمى التيار الكهربائي الناتج عن هذا القوة الدافعة الكهربية بالتيار المستحث.

في عام 1820، أظهر هانز كريستيان أورستد أن التيار الكهربائي الذي يمر عبر الدائرة يؤدي إلى انحراف الإبرة المغناطيسية. إذا كان التيار الكهربائي يولد المغناطيسية، فإن ظهور التيار الكهربائي يجب أن يرتبط بالمغناطيسية. استحوذ هذا الفكر على العالم الإنجليزي م. فاراداي. "حول المغناطيسية إلى كهرباء"، كتب في مذكراته عام 1822.

مايكل فارادي

ولد مايكل فاراداي (1791-1867) في لندن، في واحدة من أفقر مناطقها. كان والده حدادًا، وكانت والدته ابنة مزارع مستأجر. عندما وصل فاراداي سن الدراسة، تم إرساله إلى المدرسة الابتدائية. كانت الدورة التي درسها فاراداي هنا ضيقة للغاية وكانت مقتصرة فقط على تعلم القراءة والكتابة والبدء في العد.

على بعد خطوات قليلة من المنزل الذي تعيش فيه عائلة فاراداي، كانت هناك مكتبة، وكانت أيضًا مؤسسة لتجليد الكتب. هذا هو المكان الذي انتهى به فاراداي بعد إكمال دورته مدرسة إبتدائيةعندما نشأ السؤال عن اختيار مهنة له. كان مايكل يبلغ من العمر 13 عامًا فقط في ذلك الوقت. بالفعل في شبابه، عندما كان فاراداي قد بدأ للتو تعليمه الذاتي، سعى إلى الاعتماد حصريًا على الحقائق والتحقق من رسائل الآخرين من خلال تجاربه الخاصة.

وهيمنت عليه هذه التطلعات طوال حياته باعتبارها السمات الرئيسية لنشاطه العلمي التجارب الكيميائيةبدأ فاراداي في القيام بذلك عندما كان صبيًا عندما تعرف لأول مرة على الفيزياء والكيمياء. في أحد الأيام، حضر مايكل إحدى محاضرات همفري ديفي، الفيزيائي الإنجليزي العظيم. قام فاراداي بتدوين مذكرة مفصلة عن المحاضرة، وقام بتغليفها وإرسالها إلى ديفي. لقد تأثر كثيرًا لدرجة أنه دعا فاراداي للعمل معه كسكرتير. وسرعان ما ذهب ديفي في رحلة إلى أوروبا وأخذ فاراداي معه. وعلى مدار عامين، قاموا بزيارة أكبر الجامعات الأوروبية.

بعد عودته إلى لندن عام 1815، بدأ فاراداي العمل كمساعد في أحد مختبرات المعهد الملكي في لندن. وكان في ذلك الوقت أحد أفضل مختبرات الفيزياء في العالم. من عام 1816 إلى عام 1818، نشر فاراداي عددًا من الملاحظات الصغيرة والمذكرات القصيرة عن الكيمياء. يعود أول عمل لفاراداي في الفيزياء إلى عام 1818.

بناء على تجارب أسلافه والجمع بين عدة التجارب الخاصةبحلول سبتمبر 1821، كان مايكل قد نشر تاريخ تقدم الكهرومغناطيسية. بالفعل في هذا الوقت، قام بتشكيل مفهوم صحيح تماما لجوهر ظاهرة انحراف الإبرة المغناطيسية تحت تأثير التيار.

وبعد أن حقق هذا النجاح، ترك فاراداي دراسته في مجال الكهرباء لمدة عشر سنوات، وتفرغ لدراسة عدد من المواضيع من نوع مختلف. في عام 1823، قام فاراداي بأحد أهم الاكتشافات في مجال الفيزياء - فهو أول من قام بتسييل الغاز، وفي الوقت نفسه أنشأ طريقة بسيطة ولكنها فعالة لتحويل الغازات إلى سائل. في عام 1824، قام فاراداي بعدة اكتشافات في مجال الفيزياء. من بين أمور أخرى، أثبت حقيقة أن الضوء يؤثر على لون الزجاج، وتغييره. وفي العام التالي، تحول فاراداي مرة أخرى من الفيزياء إلى الكيمياء، وكانت نتيجة عمله في هذا المجال اكتشاف البنزين وحمض الكبريت النفثالين.

في عام 1831، نشر فاراداي أطروحة بعنوان "نوع خاص من الوهم البصري"، والتي كانت بمثابة الأساس لمقذوف بصري ممتاز وغريب يسمى "chromotrope". وفي العام نفسه، نُشرت أطروحة أخرى للعالم بعنوان "عن الصفائح الاهتزازية". العديد من هذه الأعمال يمكن أن تخلد في حد ذاتها اسم مؤلفها. ولكن الأهم من الأعمال العلميةتركز أبحاث فاراداي على مجالات الكهرومغناطيسية والحث الكهربائي.

تجارب فاراداي

مهووسًا بأفكار حول الارتباط والتفاعل الذي لا ينفصم بين قوى الطبيعة، حاول فاراداي إثبات أنه مثلما تمكن أمبير من إنشاء مغناطيس بمساعدة الكهرباء، فمن الممكن أيضًا إنشاء كهرباء بمساعدة المغناطيس.

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

إذا حصل أمبير على مغناطيس بمساعدة الكهرباء، فمن الواضح أنه من الممكن "الحصول على الكهرباء من المغناطيسية العادية". وضع أراغو وأمبير لأنفسهما نفس المهمة في باريس، وكولادون في جنيف.

بالمعنى الدقيق للكلمة، فإن فرعًا مهمًا من الفيزياء يعالج ظواهر الكهرومغناطيسية والكهرباء الحثية، والذي يتمتع حاليًا بأهمية هائلة للتكنولوجيا، أنشأه فاراداي من لا شيء. بحلول الوقت الذي كرس فيه فاراداي نفسه أخيرًا للبحث في مجال الكهرباء، ثبت أنه في الظروف العادية يكون وجود جسم مكهرب كافيًا لتأثيره على إثارة الكهرباء في أي جسم آخر. وفي الوقت نفسه، كان معروفًا أن السلك الذي يمر عبره التيار والذي يمثل أيضًا جسمًا مكهربًا ليس له أي تأثير على الأسلاك الأخرى الموضوعة بالقرب منه.

ما سبب هذا الاستثناء؟ هذا هو السؤال الذي أثار اهتمام فاراداي والذي قاده حله إلى أهم الاكتشافات في مجال كهرباء الحث. أجرى فاراداي العديد من التجارب واحتفظ بملاحظات متحذلقة. ويخصص فقرة لكل دراسة صغيرة في ملاحظاته المعملية (المنشورة في لندن كاملة عام 1931 تحت عنوان «مذكرات فاراداي»). تتجلى قدرة فاراداي على العمل في حقيقة أن الفقرة الأخيرة من "المذكرات" تحمل الرقم 16041. ولا يمكن إلا أن تتم مكافأة مهارة فاراداي الرائعة كمجرب وهوس وموقف فلسفي واضح، لكن الأمر استغرق أحد عشر عامًا طويلًا لانتظار النتيجة.

وبصرف النظر عن قناعته البديهية بالارتباط العالمي للظواهر، لم يكن هناك أي شيء يدعمه في بحثه عن "الكهرباء من المغناطيسية". علاوة على ذلك، مثل معلمه ديفي، اعتمد على تجاربه أكثر من اعتماده على البنيات العقلية. علمه ديفي:

- التجربة الجيدة أكثر قيمة من عمق عبقري مثل نيوتن.

ومع ذلك، كان فاراداي هو الذي كان مقدرًا له تحقيق اكتشافات عظيمة. لقد كسر بشكل عفوي القيود التجريبية التي فرضها ديفي عليه ذات مرة، وهو واقعي عظيم، وفي تلك اللحظات بزغت عليه رؤية عظيمة - فقد اكتسب القدرة على إجراء أعمق التعميمات.

ولم يظهر بصيص الحظ الأول إلا في 29 أغسطس 1831. في مثل هذا اليوم، أجرى فاراداي اختبارًا في المختبر جهاز بسيط: حلقة حديدية قطرها حوالي ست بوصات ملفوفة حول قطعتين من الأسلاك المعزولة. عندما قام فاراداي بتوصيل بطارية بأطراف أحد الملفات، رأى مساعده، رقيب المدفعية أندرسن، إبرة الجلفانومتر متصلة بالملف الآخر.

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

لكن إبرة الجلفانومتر وقفت بعناد عند الصفر. بسبب الإحباط، قرر فاراداي إيقاف التيار، ثم حدثت معجزة - أثناء فتح الدائرة، تأرجحت إبرة الجلفانومتر مرة أخرى وتجمدت عند الصفر مرة أخرى!

يبدأ الجلفانومتر، الذي يظل هادئًا تمامًا أثناء مرور التيار بالكامل، في التذبذب عند إغلاق الدائرة نفسها وعند فتحها. اتضح أنه في اللحظة التي يتم فيها تمرير تيار إلى السلك الأول، وأيضًا عندما يتوقف هذا النقل، يتم إثارة تيار أيضًا في السلك الثاني، والذي في الحالة الأولى له اتجاه معاكس للتيار الأول ونفس الاتجاه معه في الحالة الثانية ويستمر لحظة واحدة فقط.

وهنا تم الكشف عن أفكار أمبير العظيمة - العلاقة بين التيار الكهربائي والمغناطيسية - لفاراداي بكل وضوحها. بعد كل شيء، فإن الملف الأول الذي طبق فيه التيار أصبح على الفور مغناطيسًا. وإذا اعتبرناها مثل المغناطيس، فإن تجربة 29 أغسطس أظهرت أن المغناطيسية تبدو وكأنها تولد الكهرباء. بقي شيئان غريبان في هذه الحالة: لماذا تلاشت موجة الكهرباء بسرعة عند تشغيل المغناطيس الكهربائي؟ علاوة على ذلك، لماذا تظهر الطفرة عند إيقاف تشغيل المغناطيس؟

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

يشعر فاراداي أن الافتتاح في مكان قريب.

"الآن أدرس مرة أخرى الكهرومغناطيسية وأعتقد أنني قد توصلت إلى شيء ناجح، لكن لا يمكنني تأكيد ذلك بعد. ومن المحتمل جدًا أنه بعد كل هذا الجهد الذي بذلته، سينتهي بي الأمر إلى تناول الأعشاب البحرية بدلًا من السمك.»

بحلول صباح اليوم التالي، 24 سبتمبر، كان فاراداي قد أعد العديد من الأجهزة المختلفة، والتي لم تعد العناصر الرئيسية فيها عبارة عن ملفات ذات تيار كهربائي، بل مغناطيس دائم. والأثر موجود أيضاً! انحرف السهم واندفع على الفور إلى مكانه. حدثت هذه الحركة الطفيفة أثناء عمليات التلاعب غير المتوقعة بالمغناطيس، والتي تبدو في بعض الأحيان عن طريق الصدفة.

التجربة القادمة هي 1 أكتوبر. قرر فاراداي العودة إلى البداية - إلى ملفين: أحدهما به تيار، والآخر متصل بالجلفانومتر. الفرق مع التجربة الأولى هو عدم وجود حلقة فولاذية - القلب. دفقة غير ملحوظة تقريبا. والنتيجة تافهة. من الواضح أن المغناطيس بدون قلب أضعف بكثير من المغناطيس ذو القلب. ولذلك، فإن التأثير أقل وضوحا.

فاراداي يشعر بخيبة أمل. لمدة أسبوعين لم يقترب من الأدوات ويفكر في أسباب الفشل.

"لقد أخذت شريطًا مغناطيسيًا أسطوانيًا (قطره 3/4 بوصة وطوله 8 1/4 بوصة) وأدخلت أحد طرفيه في دوامة سلك نحاس(طوله 220 قدمًا) متصل بالجلفانومتر. ثم قمت بسرعة بدفع المغناطيس داخل اللولب إلى كامل طوله، وتعرضت إبرة الجلفانومتر للدفع. ثم قمت بسحب المغناطيس من اللولب بنفس السرعة، وتأرجح السهم مرة أخرى، ولكن في الاتجاه المعاكس. وكانت تقلبات الإبرة تتكرر في كل مرة يتم فيها دفع المغناطيس أو دفعه للخارج.

السر في حركة المغناطيس! لا يتم تحديد دفعة الكهرباء من خلال موضع المغناطيس، ولكن من خلال الحركة!

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

أرز. 2. تجربة فاراداي بالملف

هذه الفكرة مثمرة بشكل ملحوظ. إذا كانت حركة المغناطيس بالنسبة للموصل تولد الكهرباء، فمن الواضح أن حركة الموصل بالنسبة للمغناطيس يجب أن تولد الكهرباء! علاوة على ذلك، فإن هذه "الموجة الكهربائية" لن تختفي طالما استمرت الحركة المتبادلة بين الموصل والمغناطيس. وهذا يعني أنه من الممكن إنشاء مولد تيار كهربائي يمكنه العمل للمدة المطلوبة، طالما استمرت الحركة المتبادلة للسلك والمغناطيس!

في 28 أكتوبر، قام فاراداي بتركيب قرص نحاسي دوار بين قطبي مغناطيس حدوة حصان، والذي يمكن من خلاله، باستخدام جهات الاتصال المنزلقة (أحدها على المحور والآخر على محيط القرص)، إزالة الجهد الكهربائي. وكان أول مولد كهربائي تم إنشاؤه بواسطة أيدي الإنسان. وهكذا تم العثور على مصدر جديد للطاقة الكهربائية، بالإضافة إلى ما كان معروفاً سابقاً (الاحتكاك والعمليات الكيميائية)، وهو الحث، ونوع جديد من هذه الطاقة هو الكهرباء الحثية.

تجارب مشابهة لتجارب فاراداي، كما سبق ذكره، أجريت في فرنسا وسويسرا. كان البروفيسور كولادون من 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 من بقية التثبيت إن أمكن. جادل الكثيرون بأن كولادون لاحظ نفس الحركات الخاطفة للإبرة مثل فاراداي، ولكن، في انتظار تأثير أكثر استقرارًا وطويل الأمد، لم يعلق الأهمية الواجبة على هذه الدفقات "العشوائية"...

في الواقع، كان رأي معظم العلماء في ذلك الوقت هو أن التأثير العكسي "لإنشاء الكهرباء من المغناطيسية" يجب أن يكون له على ما يبدو نفس الطابع الثابت مثل التأثير "المباشر" - "تكوين المغناطيسية" بسبب التيار الكهربائي. إن "الزوال" غير المتوقع لهذا التأثير أربك الكثيرين، بما في ذلك كولادون، وقد دفع هؤلاء الكثيرون ثمن تحيزهم.

ومع مواصلة تجاربه، اكتشف فاراداي أيضًا أن مجرد جلب سلك ملتوي إلى منحنى مغلق قريب من آخر يتدفق من خلاله تيار كلفاني يكفي لإثارة تيار حثي في ​​السلك المحايد في الاتجاه المعاكس للتيار الجلفاني، وأن إزالة السلك الكهربي يثير السلك المحايد مرة أخرى تيارًا حثيًا فيه، حيث يكون التيار بالفعل في نفس اتجاه التيار الكلفاني الذي يتدفق على طول سلك ثابت، وأخيرًا، يتم إثارة هذه التيارات الحثية فقط أثناء اقتراب السلك من الموصل وإزالته للتيار الجلفاني، وبدون هذه الحركة لا تستثار التيارات مهما كانت الأسلاك قريبة من بعضها البعض.

وهكذا تم اكتشاف ظاهرة جديدة تشبه ظاهرة الحث الموصوفة أعلاه عندما ينغلق التيار الجلفاني ويتوقف. هذه الاكتشافات بدورها أدت إلى اكتشافات جديدة. إذا كان من الممكن إحداث تيار حثي عن طريق قصر الدائرة وإيقاف التيار الجلفاني، ألن يتم الحصول على نفس النتيجة عن طريق مغنطة الحديد وإزالة مغنطته؟

لقد أثبت عمل أورستد وأمبير بالفعل العلاقة بين المغناطيسية والكهرباء. ومن المعروف أن الحديد يصبح مغناطيساً عندما يلتف حوله سلك معزول ويمر عبره تيار كلفاني، وأن الخواص المغناطيسية لهذا الحديد تتوقف بمجرد توقف التيار.

بناءً على ذلك، توصل فاراداي إلى هذا النوع من التجارب: حيث تم لف سلكين معزولين حول حلقة حديدية؛ بسلك ملفوف حول نصف الحلقة والآخر حول الآخر. تم تمرير تيار من بطارية كلفانية عبر سلك واحد، وتم توصيل طرفي الآخر بجهاز جلفانومتر. وهكذا، عندما ينغلق التيار أو يتوقف، وبالتالي، عندما تكون الحلقة الحديدية ممغنطة أو مغنطة، تذبذبت إبرة الجلفانومتر بسرعة ثم توقفت بسرعة، أي أن نفس التيارات الحثية اللحظية كانت متحمسة في السلك المحايد - هذه المرة: بالفعل تحت تأثير المغناطيسية.

أرز. 3. تجربة فاراداي مع الحلقة الحديدية

وهكذا، هنا لأول مرة تم تحويل المغناطيسية إلى كهرباء. بعد تلقي هذه النتائج، قرر فاراداي تنويع تجاربه. بدلا من حلقة الحديد، بدأ في استخدام شريط الحديد. فبدلاً من إثارة المغناطيسية في الحديد بواسطة التيار الجلفاني، قام بمغنطة الحديد عن طريق ملامسته لمغناطيس فولاذي دائم. وكانت النتيجة هي نفسها: في السلك الملتف حول الحديد، كان هناك تيار دائمًا متحمسًا في لحظة مغنطة وإزالة مغنطة الحديد. ثم أدخل فاراداي مغناطيسًا فولاذيًا في السلك اللولبي - وقد أدى الاقتراب من الأخير وإزالته إلى حدوث تيارات مستحثة في السلك. باختصار، تعمل المغناطيسية، بمعنى التيارات التحريضية المثيرة، بنفس الطريقة التي يعمل بها التيار الجلفاني.

في ذلك الوقت، كان الفيزيائيون مهتمين بشدة بظاهرة غامضة اكتشفها أراجو عام 1824 والتي لم يكن من الممكن تفسيرها، على الرغم من أن العلماء البارزين في ذلك الوقت مثل أراجو نفسه وأمبير وبواسون وباباج وهيرشل كانوا يبحثون جاهدين عن اكتشافها. هذا التفسير. وكانت النقطة على النحو التالي. الإبرة المغناطيسية، المعلقة بحرية، تستقر بسرعة إذا تم وضع دائرة من المعدن غير المغناطيسي تحتها؛ إذا تم بعد ذلك تدوير الدائرة، تبدأ الإبرة المغناطيسية في التحرك خلفها.

في حالة الهدوء، كان من المستحيل اكتشاف أدنى تجاذب أو تنافر بين الدائرة والسهم، في حين أن نفس الدائرة وهي تتحرك لا تسحب خلفها سهمًا خفيفًا فحسب، بل أيضًا مغناطيسًا ثقيلًا. هذه الظاهرة المعجزة حقًا بدت للعلماء في ذلك الوقت لغزًا غامضًا، وهو شيء يتجاوز حدود الطبيعة. فاراداي، بناء على البيانات المذكورة أعلاه، افترض أن دائرة من المعدن غير المغناطيسي، تحت تأثير المغناطيس، أثناء الدوران تدور حول التيارات الحثية، التي تؤثر على الإبرة المغناطيسية وتسحبها على طول المغناطيس. وبالفعل، فمن خلال إدخال حافة دائرة بين قطبي مغناطيس كبير على شكل حدوة حصان وربط مركز الدائرة وحافةها بالجلفانومتر بسلك، حصل فاراداي على تيار كهربائي ثابت عند دوران الدائرة.

بعد ذلك، استقر فاراداي على ظاهرة أخرى كانت آنذاك تثير الفضول العام. كما تعلم، إذا تم رش برادة الحديد على المغناطيس، فإنها تتجمع على طول خطوط معينة، تسمى المنحنيات المغناطيسية. فاراداي، الذي لفت الانتباه إلى هذه الظاهرة، أعطى الأسس للمنحنيات المغناطيسية في عام 1831، والتي أطلق عليها اسم "خطوط القوة المغناطيسية"، والتي أصبحت بعد ذلك قيد الاستخدام العام. أدت دراسة هذه "الخطوط" فاراداي إلى اكتشاف جديد، وتبين أنه لإثارة التيارات الحثية، ليس من الضروري الاقتراب من المصدر وإزالته من القطب المغناطيسي. ولإثارة التيارات يكفي عبور خطوط القوة المغناطيسية بطريقة معروفة.

أرز. 4. "خطوط القوة المغناطيسية"

اكتسبت أعمال فاراداي الإضافية في الاتجاه المذكور، من وجهة النظر الحديثة، طابع شيء معجزة تمامًا. في بداية عام 1832، أظهر جهازًا يتم من خلاله إثارة التيارات الحثية دون مساعدة المغناطيس أو التيار الجلفاني. يتكون الجهاز من شريط حديدي موضوع في ملف سلكي. وهذا الجهاز في الظروف العادية لم يعط أدنى إشارة لظهور تيارات فيه؛ ولكن بمجرد إعطاء اتجاه يتوافق مع اتجاه الإبرة المغناطيسية، يتم إثارة تيار في السلك.

ثم أعطى فاراداي موضع الإبرة المغناطيسية لملف واحد ثم أدخل فيه شريطًا حديديًا: تم إثارة التيار مرة أخرى. والسبب الذي أحدث التيار في هذه الحالات هو المغناطيسية الأرضية، التي أحدثت تيارات حثية مثل المغناطيس العادي أو التيار الجلفاني. ولإظهار ذلك وإثباته بشكل أكثر وضوحًا، أجرى فاراداي تجربة أخرى أكدت اعتباراته بالكامل.

لقد استنتج أنه إذا كانت دائرة من معدن غير مغناطيسي، مثل النحاس، تدور في موضع تتقاطع فيه خطوط القوة المغناطيسية لمغناطيس مجاور، وتنتج تيارًا حثيًا، فإن نفس الدائرة، تدور في غياب وجود تيار تحريضي. المغناطيس، ولكن في الموضع الذي تتقاطع فيه الدائرة مع خطوط المغناطيسية الأرضية، يجب أيضًا أن يعطي تيارًا حثيًا. وبالفعل، أنتجت دائرة نحاسية تم تدويرها في مستوى أفقي تيارًا تحريضيًا أدى إلى انحراف ملحوظ في إبرة الجلفانومتر. أنهى فاراداي سلسلة دراساته في مجال الحث الكهربائي باكتشافه في عام 1835 "التأثير الاستقرائي للتيار على نفسه".

اكتشف أنه عند إغلاق أو فتح تيار كلفاني، يتم تحفيز تيارات حثية لحظية في السلك نفسه، والذي يعمل كموصل لهذا التيار.

أعطى الفيزيائي الروسي إميل خريستوفوروفيتش لينز (1804-1861) قاعدة لتحديد اتجاه التيار التعريفي. "يتم توجيه تيار الحث دائمًا بطريقة تجعل المجال المغناطيسي الذي يخلقه يعقد أو يمنع الحركة المسببة للتحريض" ، يلاحظ أ.أ. كوروبكو ستيفانوف في مقالته عن الحث الكهرومغناطيسي. - على سبيل المثال، عندما يقترب الملف من المغناطيس، يكون للتيار المستحث الناتج اتجاه بحيث يكون المجال المغناطيسي الناتج عنه معاكسًا للمجال المغناطيسي للمغناطيس. ونتيجة لذلك، تنشأ قوى تنافر بين الملف والمغناطيس. تنبع قاعدة لينز من قانون حفظ وتحويل الطاقة. إذا أدت التيارات المستحثة إلى تسريع الحركة التي سببتها، فسيتم خلق الشغل من لا شيء. الملف نفسه، بعد دفع طفيف، سوف يندفع نحو المغناطيس، وفي الوقت نفسه سيطلق تيار الحث الحرارة فيه. في الواقع، يتم إنشاء التيار المستحث نتيجة عمل تقريب المغناطيس والملف من بعضهما البعض.

أرز. 5. قاعدة لينز

لماذا يحدث التيار المستحث؟ شرح عميق لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي قدمه الفيزيائي الإنجليزي جيمس كليرك ماكسويل مبتكر النظرية الرياضية الكاملة 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 عمودي على مستوى المنعطف. ينشأ تيار مستحث بشكل طبيعي في الملف. لقد فسر ماكسويل هذه التجربة بجرأة استثنائية وبشكل غير متوقع.

عندما يتغير المجال المغناطيسي في الفضاء، وفقًا لماكسويل، تنشأ عملية لا يكون لوجود ملف الأسلاك فيها أي أهمية. الشيء الرئيسي هنا هو ظهور مغلقة خطوط الحلقةالمجال الكهربائي، يغطي المجال المغناطيسي المتغير. تحت تأثير المجال الكهربائي الناشئ، تبدأ الإلكترونات في التحرك، وينشأ تيار كهربائي في الملف. الملف هو ببساطة جهاز يسمح لك بالكشف الحقل الكهربائي. جوهر ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي هو أن المجال المغناطيسي المتناوب يولد دائمًا مجالًا كهربائيًا بخطوط قوة مغلقة في الفضاء المحيط. ويسمى هذا المجال بحقل دوامة.

البحث في مجال الحث الناتج عن المغناطيسية الأرضية أعطى فاراداي الفرصة للتعبير عن فكرة التلغراف في وقت مبكر من عام 1832، والتي شكلت بعد ذلك أساس هذا الاختراع. بشكل عام، فإن اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي ليس بدون سبب يعتبر من أكثر الاكتشافات الاكتشافات المتميزةالقرن التاسع عشر - يعتمد عمل الملايين من المحركات الكهربائية ومولدات التيار الكهربائي حول العالم على هذه الظاهرة...

التطبيق العملي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي

1. البث الإذاعي

يخلق المجال المغناطيسي المتناوب، المثار بتيار متغير، مجالًا كهربائيًا في الفضاء المحيط، والذي بدوره يثير مجالًا مغناطيسيًا، وهكذا. تولد هذه المجالات بعضها البعض بشكل متبادل، وتشكل مجالًا كهرومغناطيسيًا واحدًا متغيرًا - موجه كهرومغناطيسية. ينتشر المجال الكهرومغناطيسي في الفضاء عند نشوئه في مكان يوجد فيه سلك به تيار، بسرعة الضوء -300000 كم/ثانية.

أرز. 6. الراديو

2. العلاج المغناطيسي

في طيف الترددات، تشغل موجات الراديو والضوء والأشعة السينية وغيرها من الإشعاعات الكهرومغناطيسية أماكن مختلفة. وتتميز عادة بمجالات كهربائية ومغناطيسية مترابطة بشكل مستمر.

3. السنكروفاسوترونات

حاليًا، يُفهم المجال المغناطيسي على أنه شكل خاص من المادة يتكون من جسيمات مشحونة. في الفيزياء الحديثة، يتم استخدام حزم من الجسيمات المشحونة لاختراق أعماق الذرات من أجل دراستها. القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على جسيم مشحون متحرك تسمى قوة لورنتز.

4. عدادات التدفق

تعتمد الطريقة على تطبيق قانون فاراداي للموصل في مجال مغناطيسي: في تدفق سائل موصل كهربائيًا يتحرك في مجال مغناطيسي، يتم حث المجال الكهرومغناطيسي، بما يتناسب مع سرعة التدفق، ويتم تحويله بواسطة الجزء الإلكتروني إلى تيار كهربائي إشارة تناظرية/رقمية.

5. مولد التيار المستمر

في وضع المولد، يدور عضو الجهاز تحت تأثير عزم الدوران الخارجي. يوجد بين قطبي الجزء الثابت تدفق مغناطيسي ثابت يخترق عضو الإنتاج. تتحرك موصلات ملف عضو الإنتاج في مجال مغناطيسي، وبالتالي يتم تحفيز المجال الكهرومغناطيسي فيها، والذي يمكن تحديد اتجاهه من خلال القاعدة " اليد اليمنى"في هذه الحالة، ينشأ جهد موجب على فرشاة واحدة مقارنة بالفرشاة الثانية. إذا تم توصيل الحمل بأطراف المولد، فسوف يتدفق التيار من خلاله.

6. المحولات

تستخدم المحولات على نطاق واسع في نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة، وتوزيعها بين أجهزة الاستقبال، وكذلك في مختلف أجهزة التصحيح والتضخيم والتشوير وغيرها.

يتم تحويل الطاقة في المحول بواسطة مجال مغناطيسي متناوب. المحول عبارة عن قلب مصنوع من صفائح فولاذية رقيقة معزولة عن بعضها البعض، يتم وضع ملفين (ملفات) عليها وأحيانًا أكثر. سلك معزول. يُطلق على اللف الذي يتصل به مصدر الطاقة الكهربائية الحالية اسم اللف الأولي، وتسمى اللفات المتبقية باللف الثانوي.

إذا كان الملف الثانوي للمحول يحتوي على لفات ملفوفة أكثر بثلاث مرات من الملف الأولي، فإن المجال المغناطيسي الناتج في القلب بواسطة الملف الأولي، الذي يعبر لفات الملف الثانوي، سيولد ثلاثة أضعاف الجهد فيه.

وباستخدام محول ذو نسبة دوران عكسية، يمكنك الحصول عليه بسهولة انخفاض الجهد.

قائمة الأدب المستخدم

1. [المصدر الإلكتروني]. الحث الكهرومغناطيسي.

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

2. [المصدر الإلكتروني] فاراداي. اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي.

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

3. [المصدر الإلكتروني]. اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي.

4. [المصدر الإلكتروني]. التطبيق العملي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.

البث

يخلق المجال المغناطيسي المتناوب المثار 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 واحدًا متناوبًا - موجة كهرومغناطيسية. ينتشر المجال الكهرومغناطيسي في الفضاء بسرعة الضوء -300000 كم/ثانية، عند نشوئه في مكان يوجد فيه سلك يحمل تيارًا كهربائيًا.

العلاج المغناطيسي

تحتل موجات الراديو والضوء والأشعة السينية وغيرها من الإشعاعات الكهرومغناطيسية أماكن مختلفة في طيف التردد. وهي تتميز عادة بمجالات كهربائية ومغناطيسية مقترنة بشكل مستمر.

السنكروفاسوترونات

حاليًا، يُفهم المجال المغناطيسي على أنه شكل خاص من المادة يتكون من جسيمات مشحونة. في الفيزياء الحديثة، يتم استخدام حزم من الجسيمات المشحونة لاختراق أعماق الذرات من أجل دراستها. القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على جسيم مشحون متحرك تسمى قوة لورنتز.

عدادات التدفق - متر

تعتمد الطريقة على تطبيق قانون فاراداي للموصل في مجال مغناطيسي: في تدفق سائل موصل كهربائيًا يتحرك في مجال مغناطيسي، يتم حث المجال الكهرومغناطيسي، بما يتناسب مع سرعة التدفق، ويتم تحويله بواسطة الجزء الإلكتروني إلى تيار كهربائي إشارة تناظرية/رقمية.

مولد العاصمة

في وضع المولد، يدور عضو الجهاز تحت تأثير عزم الدوران الخارجي. يوجد بين قطبي الجزء الثابت تدفق مغناطيسي ثابت يخترق عضو الإنتاج. تتحرك موصلات ملف حديد التسليح في مجال مغناطيسي، وبالتالي يتم تحفيز المجال الكهرومغناطيسي فيها، والذي يمكن تحديد اتجاهه من خلال قاعدة "اليد اليمنى". في هذه الحالة، تنشأ إمكانات إيجابية على فرشاة واحدة بالنسبة للثانية. إذا قمت بتوصيل الحمل بأطراف المولد، فسوف يتدفق التيار من خلاله.

محولات

تستخدم المحولات على نطاق واسع في نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة، وتوزيعها بين أجهزة الاستقبال، وكذلك في أجهزة التصحيح والتضخيم والتشوير المختلفة وغيرها من الأجهزة.

يتم تحويل الطاقة في المحول بواسطة مجال مغناطيسي متناوب. المحول عبارة عن قلب مصنوع من صفائح فولاذية رقيقة معزولة عن بعضها البعض، والتي يتم وضع ملفين (ملفات) من الأسلاك المعزولة عليها، وأحيانًا أكثر. يُطلق على اللف الذي يتصل به مصدر الطاقة الكهربائية الحالية اسم اللف الأولي، وتسمى اللفات المتبقية باللف الثانوي.

إذا كان الملف الثانوي للمحول يحتوي على لفات ملفوفة أكثر بثلاث مرات من الملف الأولي، فإن المجال المغناطيسي الناتج في القلب بواسطة الملف الأولي، الذي يعبر لفات الملف الثانوي، سيولد ثلاثة أضعاف الجهد فيه.

باستخدام محول ذو نسبة دوران عكسية، يمكنك بسهولة الحصول على جهد منخفض.

تتجلى العلاقة الوثيقة بين الكهرباء والمغناطيسية بوضوح في ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي: يمكن أن يسبب المجال المغناطيسي المتغير تيارًا في الموصل، لأنه عندما يتغير المجال المغناطيسي، ينشأ مجال كهربائي. ولذلك يتحدثون في الفيزياء عن مجال كهرومغناطيسي واحد، وهو يشمل المجالات الكهربائية والمغناطيسية المترابطة.

§ 17. ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي

رأينا في الفصل السابق أن التيار الكهربي يخلق مجالًا مغناطيسيًا حول نفسه. وقد باءت محاولات اكتشاف الظاهرة المعاكسة، وهي أن المجال المغناطيسي يولد تيارًا، بالفشل حتى اكتشف فاراداي عام 1831 أن التيار الكهربائي لا يتولد من المجال المغناطيسي نفسه، بل من تغيره. والظاهرة التي اكتشفها فاراداي كانت تسمى الحث الكهرومغناطيسي.

التيار التعريفي.ولنتأمل بعض التجارب البسيطة التي توضح وجود ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، والتي يمكن ملاحظة مبادئها الأساسية.

أرز. 108. عندما يتحرك الملف 1 في المجال المغناطيسي للملف 2، يظهر تيار في دائرة الملف 1

إذا قمت بوضع ملف سلكي 1 (الشكل 108)، متصلاً بجلفانومتر حساس، على ملف آخر 2، حيث يمر التيار من خلاله

المصدر، فإن الجلفانومتر سيظهر عدم وجود تيار في الملف 1 عندما يكون ثابتًا والتيار في الملف 2 لا يتغير. ومع ذلك، في لحظات إغلاق أو فتح المفتاح أو عندما يتغير التيار في الملف 2 باستخدام مقاومة متغيرة، أو أثناء أي حركة نسبية للملفين 1 و 2، يكتشف الجلفانومتر ظهور التيار في الملف 1. ويسمى هذا التيار بالحث .

من السهل ملاحظة أن انحراف إبرة الجلفانومتر عند فتح المفتاح يحدث في الاتجاه المعاكس للانحراف عند إغلاقه. إن انحراف السهم مع زيادة التيار في دائرة الملف 2 يتعارض مع الانحراف مع انخفاض التيار. وأخيرا، عند وضع الملف 1 على الملف

أرز. 109. إثارة تيار تحريضي بحركة المغناطيس

تثبت تجارب فاراداي بوضوح أن سبب ظهور التيار المستحث هو التغير في المجال المغناطيسي. كيف يتم إنشاء هذا التغيير غير ذي صلة. على سبيل المثال، يمكن إنشاء مجال مغناطيسي متغير عن طريق تحريك مغناطيس دائم. تنحرف إبرة الجلفانومتر في اتجاه واحد عند دفع المغناطيس داخل الملف، وفي الاتجاه المعاكس عند سحبه من الملف (الشكل 109). يمكن أن يحدث تغيير في المجال المغناطيسي في الملف 1 الموجود على الملف 2 ليس فقط عن طريق تقليل التيار في الملف

أرز. 110. إثارة التيار التعريفي بحركة قلب حديدي غير ممغنط

2، ولكن أيضًا عن طريق دفع أو سحب قلب حديدي غير ممغنط (الشكل 110).

قدم فاراداي شرحًا مرئيًا لتجاربه باستخدام مفهوم خطوط القوة المغناطيسية. وخلص إلى أنه يحدث تيار حثي في ​​الموصل إذا تجاوزت الدائرة التي يتكون منها هذا الموصل أو أي جزء منها خطوط الحث المغناطيسي.

قانون لينز. أنشأ E. X. Lenz قانونًا مهمًا يسمح في جميع الحالات بالتنبؤ باتجاه التيار التعريفي. وفقًا لقانون لينز، يكون اتجاه التيار التحريضي دائمًا بحيث يمنع المجال المغناطيسي الذي يخلقه أي تغيير في التدفق المغناطيسي الذي يسبب التيار التحريضي.

يمكن توضيح هذا القانون من خلال تجربة بسيطة جدًا موضحة في الشكل. 111. عندما يتم دفع مغناطيس دائم إلى حلقة معدنية مقطوعة B، لا يلاحظ أي تفاعل ويظل الذراع المتأرجح في مكانه.

أرز. 111. رسم توضيحي لقانون لينز

أرز. 112. حكم اليد اليمنى

عندما يتم دفع مغناطيس إلى حلقة صلبة A، فإنه يتنافر مع المغناطيس ويدور الذراع المتأرجح على طرفه حول محور رأسي؛ عندما يتم سحب المغناطيس للخارج، تميل الحلقة الصلبة إلى اتباعه.

من الناحية العملية، لتحديد اتجاه التيار المستحث في موصل يعبر خطوط القوة المغناطيسية، فمن الملائم استخدام قاعدة اليد اليمنى (الشكل 112): إذا تم وضع اليد اليمنى بحيث تكون خطوط الحث المغناطيسي أدخل راحة اليد، ويظهر الإصبع الكبير المثبت على الجانب اتجاه حركة الموصل، ثم تشير أربعة أصابع مستقيمة إلى اتجاه التيار التعريفي.

الحث الكهرومغناطيسي.إن ظهور تيار مستحث في دائرة مغلقة عند تغير التدفق المغناطيسي الذي يخترق هذه الدائرة يشير إلى وجود قوة دافعة كهربائية معينة فيها تسمى القوة الدافعة الكهربية المستحثة. تظهر التجربة أن القوى الدافعة الكهربية المستحثة لا تعتمد على المادة التي يصنع منها الموصل، وعلى وجه الخصوص، على مقاومته.

قانون الحث الكهرومغناطيسي.في جميع التجارب الموصوفة أعلاه، تبين أن انحراف إبرة الجلفانومتر، الذي يشير إلى ظهور تيار مستحث، يكون أكبر كلما تغير المجال المغناطيسي بشكل أسرع. وبتحليل نتائج تجارب فاراداي، وجد ماكسويل أنه في جميع الحالات فإن القوة الدافعة الكهربية للحث الكهرومغناطيسي تتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي يحده الكفاف:

يعتمد المعامل k على اختيار الوحدات. في SI، يتم استخدام قانون الحث الكهرومغناطيسي لتقديم وحدة التدفق المغناطيسي - Weber، والتي التقينا بها بالفعل في الفقرة 15. يتم اختيار هذه الوحدة بحيث يكون المعامل k في (1) يساوي الوحدة.

علامة الطرح في الصيغة (1) تتوافق مع قانون لينز. لاحظ أن قانون لينز، مثل قانون الحث الكهرومغناطيسي (1)، يمكن اعتباره نتيجة لقانون حفظ الطاقة. تاريخيًا، تم إنشاء قوانين ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي حتى قبل اكتشاف قانون الحفاظ على الطاقة وكانت بمثابة تأكيد تجريبي له، إلى جانب العديد من القوانين الأخرى التي تم العثور عليها تجريبيًا لمختلف الظواهر.

كان لاكتشاف الحث الكهرومغناطيسي أهمية علمية وتقنية هائلة. لقد حددت إلى حد كبير تطور الحضارة في القرن التاسع عشر. تكمن الأهمية العلمية لهذا الاكتشاف في أنه أثبت أخيرًا العلاقة بين الكهرباء و الظواهر المغناطيسية. وتتمثل أهميته العملية في أن جميع الطرق الصناعية لتوليد الكهرباء تعتمد على الحث الكهرومغناطيسي.

طبيعة القوى الخارجية.دوامة المجال الكهربائي. يمكن أن يكون سبب حدوث القوة الدافعة الكهربائية للتحريض هو قوى خارجية ذات طبيعة فيزيائية مختلفة. في الدائرة الثابتة، ينجم القوة الدافعة الكهربية المستحثة عن المجال الكهربائي الدوامي الذي يحدث عندما يتغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي يحده الدائرة.

يمكن أن يحدث التغير في التدفق المغناطيسي إما عن طريق حركة المغناطيس التي تخلق المجال، أو عن طريق تغير في المجال المغناطيسي عن طريق تغيير التيار في المغناطيس الكهربائي. يتم تحقيق الاحتمال الأول في المولدات الصناعية، حيث يقوم مغناطيس كهربائي دوار بإثارة تيار في ملفات الجزء الثابت الثابت. ويتحقق الاحتمال الثاني في المحولات، حيث يؤدي تغير التيار في الملف الأولي إلى تغير التدفق المغناطيسي وبالتالي ظهور مجال كهربائي دوامي.

على عكس المجال الكهروستاتيكي المحتمل الناتج عن الأشياء الثابتة الشحنات الكهربائيةدوامة المجال الكهربائي التي تنشأ عندما يتغير المجال المغناطيسي لها خاصية عمل قوى هذا المجال على شكل مغلق

المسار ليس صفراً هذا هو العمل الذي يحدد القوة الدافعة الكهربية المستحثة في حلقة مغلقة.

ونؤكد على أن المجال الكهربائي الدوامي عندما يتغير المجال المغناطيسي موجود بغض النظر عما إذا كانت هناك دائرة موصلة مغلقة في هذا المكان. الدائرة الموصلة نفسها ليست سوى مؤشر يكشف عن وجود مجال كهربائي دوامي.

قوة لورنتز كسبب للقوة الخارجية.إن القوة الخارجية التي تسبب تيارًا مستحثًا، والتي تنشأ عندما يتحرك موصل في مجال مغناطيسي ثابت، لها طبيعة فيزيائية مختلفة. في هذه الحالة، لا يوجد مجال كهربائي دوامي، والقوة الخارجية ناتجة عن قوة لورنتز، التي يعمل بها المجال المغناطيسي على شحنات كهربائية تتحرك مع الموصل. ويستند العمل على هذا المبدأ مولدات كهربائيةطاقة منخفضة، حيث يتم إثارة تيار تحريضي في لف الدوار الذي يدور في مجال مغناطيسي ثابت. في حالة عدم وجود موصل يحتوي على شحنات كهربائية، لا توجد قوى خارجية، وبالتالي لا توجد قوة دافعة مستحثة.

الحث emf وعمل قوة لورنتز.من السهل التحقق من أن المجال الكهرومغناطيسي التحريضي، المحسوب وفق القانون العام (1)، يتزامن مع عمل قوة خارجية عندما تتحرك شحنة وحدة على طول دائرة مغلقة. لنفترض أن الإطار المعدني المستطيل يتحرك معه سرعة ثابتةكما يظهر في الشكل. 113. يعبر الجانب خطوط قوة المجال المغناطيسي المنتظم B الموجود بين قطبي المغناطيس. يمكن حساب القوة الدافعة الكهربية الحثية في الدائرة باستخدام قانون الحث الكهرومغناطيسي (1). مع الأخذ في الاعتبار أنه عندما يتحرك الإطار في الاتجاه المشار إليه في الشكل. 113، يتناقص التدفق المغناطيسي الذي يخترق الإطار

من حيث وفقا ل (1)

أرز. 113. حركة إطار موصل في مجال مغناطيسي

دعونا الآن نحسب نفس القوة الدافعة الكهربية المستحثة الناتجة عن عمل القوى الخارجية عند تحريك شحنة وحدة على طول الدائرة، ولنفكر في القوى المؤثرة على موصل عندما يتحرك بشكل منتظم في مجال مغناطيسي. عندما يتحرك موصل بسرعة، فإن الشحنات الموجودة فيه تتحرك على طول الموصل بسرعة ثابتة معينة و(سرعة الانجراف). ونتيجة لذلك، في الإطار المرجعي المختبري الاتهامات

يتحرك بسرعة و (شكل 114)، ويتم التأثير على كل منهما بواسطة قوة لورنتز

هذه القوة متعامدة مع المتجه V. دعونا نحللها إلى مكونين (الشكل 115 أ). المكون المتعامد مع الموصل، إذا تم جمعه على جميع حاملات الشحنة في قسم الموصل، سيعطي قوة أمبير تعمل على الموصل مع التيار. مع الحركة المنتظمة للموصل، فإنه يتوازن بواسطة قوة خارجية تتسبب في تحرك الموصل. إن مكون قوة لورنتز الموجهة على طول السلك هو قوة خارجية تجبر الشحنات على التحرك على طول الموصل، أي خلق تيار مستحث.

الشغل الذي تبذله قوة لورنتز هو صفر، لأن هذه القوة متعامدة مع سرعة الشحنات V. وهذا يعني أن مجموع الشغل الذي تبذله قوة أمبير والقوة الخارجية يساوي صفر:

لكن عمل قوة أمبير يساوي عمل القوة الخارجية، حتى الإشارة:

أرز. 114. سرعة حاملة الشحنة في موصل متحرك

أرز. 115. القوى المؤثرة على موصل يتحرك في مجال مغناطيسي لكل حامل شحنة (أ)؛ منظر علوي (ب)

ويترتب على ذلك أن عمل القوى الخارجية عندما تتحرك الشحنات في الدائرة يساوي عمل القوى الخارجية التي تحرك هذه الدائرة. بعبارة أخرى، الطاقة الكهربائيةينشأ التيار المستحث بسبب العمل الميكانيكي الذي تقوم به قوى خارجية.

تؤثر القوة الخارجية فقط على جزء من الطول

أين هي الزاوية بين المتجهات، وبالتالي . ونتيجة لذلك نحصل أخيرا لعمل القوى الخارجية:

نسبة هذا العمل إلى الشحن هي القوة الدافعة الكهربائيةالاستقراء وهكذا، والذي يتزامن مع (2)،

لاحظ أن تحريض EMF في مثل هذا الإطار يحدث فقط عندما يكون جزء فقط من الإطار في مجال مغناطيسي موحد (كما هو موضح في الشكل 113) أو عندما يكون المجال المغناطيسي غير متجانس. إذا كان الإطار بالكامل في مجال موحد، فإن التدفق المغناطيسي أثناء حركته الانتقالية لا يتغير ويكون تحريض EMF صفرًا: على الرغم من أن القوى الخارجية تعمل في بعض أجزاء الإطار، إلا أن عمل هذه القوى على طول الإطار بأكمله يكون صفرًا .

على الرغم من اختلاف الطبيعة الفيزيائية للقوى الخارجية في الحالات قيد النظر، فإن قانون الحث الكهرومغناطيسي (1)، الذي بموجبه يكون المجال الكهرومغناطيسي للحث في الدائرة يساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي المأخوذ بالإشارة المعاكسة، هو صالحة أيضًا في الحالة التي يتغير فيها التدفق بسبب تغير المجال المغناطيسي، وفي الحالة التي يتغير فيها التدفق بسبب حركة الدائرة في مجال مغناطيسي ثابت، وفي الحالة التي يحدث فيها كلاهما في وقت واحد. هذه الاحتمالات - المجال يتغير أو الدائرة تتحرك - لا يمكن تمييزها في صياغة قانون الحث. دعونا نفكر في هذه الاحتمالات من وجهة نظر القوى الخارجية التي تعمل بناءً على الاتهامات.

القوة المؤثرة على شحنة في مجال كهربائي قوته E متساوية بغض النظر عما إذا كان المجال محتملًا أم دواميًا، أي أنه يتم إنشاؤه بواسطة شحنات كهربائية أو مجال مغناطيسي. يتم تحديد قوة لورنتز المؤثرة على شحنة تتحرك بسرعة في مجال مغناطيسي للتحريض B بواسطة منتج ناقلاتالسرعة والتحريض ب:

هذه القوة متعامدة مع كل من سرعة الشحنة وتحريض المجال المغناطيسي. القوة الكاملة، التصرف على الشحنة متساوي

في الموصلات التي تتحرك في مجال مغناطيسي، تنشأ القوة بسبب دوامة المجال الكهربائي التي تنشأ إذا تغير المجال المغناطيسي في مكان ما. هذه التأثيرات مستقلة ويمكن أن تحدث بشكل منفصل أو في وقت واحد. لكن على أية حال، فإن عمل هذه القوى الخارجية يخلق قوة دافعة كهربائية في الدائرة، قيمتها تساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي.

وبهذا المعنى، يمكن تسمية الصيغة (1) بقاعدة إيجاد المجال الكهرومغناطيسي للتحريض، لأن هذه الصيغة، كما رأينا، لا تكشف عن السبب المادي لحدوث المجال الكهرومغناطيسي - وقد يكون السبب مختلفًا في مناسبات مختلفة. قاعدة التدفق (1) تعطي فقط قيمة EMF، ويجب إنشاء آلية حدوثها بشكل مستقل.

استثناءات لقاعدة التدفقولكن هناك استثناءات لهذه القاعدة! ولا يمكن فهم هذه الاستثناءات إلا من خلال معرفة السبب الحقيقي لظهور القوى الخارجية. ومن الأمثلة الصارخة على ذلك المحرِّض أحادي القطب المعروف لدى فاراداي (الشكل 116). تدور الدائرة المعدنية حول مغناطيس دائم أسطواني، لتشكل دائرة كهربائية مغلقة مع المغناطيس باستخدام موصلين منزلقين، أحدهما يلامس محور المغناطيس، والآخر يلامس المغناطيس نفسه عند النقطة المحايدة. يكون التدفق المغناطيسي عبر الدائرة المغلقة بواسطة جزء من المغناطيس صفرًا في أي وقت، نظرًا لأن خطوط المجال المغناطيسي تقع في مستوى الدائرة. التغير في التدفق المغناطيسي عند دوران الدائرة هو أيضًا صفر، لكن يوجد تيار مستحث!

إذا كنت تتخيل بوضوح أن سبب ظهور المجالات الكهرومغناطيسية في مثل هذا الجهاز هو قوة لورنتز التي تعمل على الإلكترونات في دائرة متحركة، فمن السهل أن نفهم أن المجالات الكهرومغناطيسية يجب أن تنشأ بالفعل.

أرز. 116. مغو أحادي القطب

أرز. 117. لشرح عمل مغو أحادي القطب

لمزيد من الوضوح، دعونا نفكر في نسخة معدلة من هذه التجربة، عندما تتحرك الدائرة بشكل انتقالي على طول شريط موصل موضوع في مجال مغناطيسي منتظم (الشكل 117 أ). هنا أيضًا، يكون التدفق المغناطيسي عبر الدائرة وتغيره مساويًا للصفر، لكن في هذا القسم تؤثر قوة لورنتز على الإلكترونات، مما يجبرها على التحرك على طول الدائرة. المستجدة

سيكون هو نفسه الموجود في الجهاز الموضح في الشكل. 117 ب، حيث بدلا من الشريط توجد قضبان موصلة متصلة في مكان واحد.

ولكن في الجهاز الموضح في الصورة 118، على العكس من ذلك، يتغير التدفق المغناطيسي، ولكن لا يوجد قوة دافعة مستحثة. يتم توجيه المجال المغناطيسي بشكل عمودي على سطح الصفائح المعدنية. عند سحب قابس التلامس، تزداد مساحة الدائرة، وبالتالي التدفق المغناطيسي الذي يغطيها بشكل ملحوظ. إذا تم تحديد القوة الدافعة الكهربية المستحثة هنا من خلال الصيغة، فمن المفترض أن يكون هناك تيار مستحث كبير، مصحوبًا بإطلاق حرارة جول. سيتم إطلاق هذه الحرارة بسبب عمل قوة خارجية. ومع ذلك، فإن عمل القوة الخارجية هنا لا يكاد يذكر. في الواقع، يلعب الصندوق الذي يغلق الكفاف دور جانب الإطار (انظر الشكل 113) في المثال الذي تمت مناقشته أعلاه. يميل العمل المحدد بالصيغة (3) إلى الصفر مع انخفاض عرض السدادة I.

أرز. 118. عندما يتحرك القابس، يتغير التدفق المغناطيسي، ولكن لا يوجد قوة دافعة مستحثة

ظاهرة الحث الذاتي.حالة خاصة مهمة من الحث الكهرومغناطيسي هي الحث الذاتي، عندما يتم إنشاء تدفق مغناطيسي متغير، مما يسبب قوة دافعة مستحثة، بواسطة التيار في الدائرة قيد النظر نفسها. وفقا لقانون لينز فإن ظاهرة الحث الذاتي تمنع تغير التيار في الدائرة. ولذلك، عندما تكون الدائرة التي تحتوي على مصدر تيار مباشر مغلقة، فإن التيار لا يصل إلى قيمة الحالة المستقرة على الفور، وعندما تكون الدائرة مفتوحة، لا يمكن أن يختفي على الفور.

دعونا نفكر في ما يعتمد عليه الحث الذاتي emf. إن المجال المغناطيسي الناتج عن تيار في دائرة أو ملف ذو حجم وشكل ثابت يتناسب مع شدة التيار عند أي نقطة، وبالتالي فإن التدفق المغناطيسي Ф الذي يخترق الدائرة يتناسب مع التيار:

الحث.ويسمى معامل التناسب محاثة الحلقة أو معامل الحث الذاتي. باستخدام قانون الحث الكهرومغناطيسي (1)، بالنسبة للحث الذاتي emf نحصل على التعبير

مع عدم تغيير شكل الدائرة وأبعادها، فإن القوة الدافعة الكهربية ذاتية الحث تتناسب مع معدل تغير التيار في الدائرة. يعتمد محاثة الدائرة على حجمها وشكلها، وكذلك على الخواص المغناطيسية للبيئة التي توضع فيها.

مراقبة الحث الذاتي.من السهل ملاحظة ظاهرة الاستقراء الذاتي في التجربة، والتي يظهر مخططها في الشكل. 119 أ. يتم توصيل مصباحين كهربائيين متطابقين بمصدر تيار، أحدهما من خلال مقاومة متغيرة تقليدية والآخر من خلال ملف حث كبير يسمى الاختناق. عند إغلاق المفتاح، يومض الضوء الأول على الفور، والثاني مع تأخير ملحوظ. يحدث هذا لأنه في اللحظة الأولية تظهر قوة دافعة كهربية كبيرة ذاتية الحث في المحث، والتي، وفقًا لقانون لينز، تمنع زيادة التيار في هذا الفرع من الدائرة.

تظهر ظاهرة الحث الذاتي ليس فقط عند الإغلاق، ولكن أيضًا عند فتح الدائرة. يمكن التحقق من ذلك باستخدام الدائرة الموضحة في الشكل. 1196. عند إغلاق المفتاح، يتفرع تيار البطارية: يمر جزء منه عبر جلفانومتر تقريبي، يقع صفره في منتصف المقياس، ويمر جزء منه عبر المحث.

أرز. 119. مخططات التجارب لمراقبة الحث الذاتي عند إغلاق (أ) وفتح (ب) الدائرة

عندما يتم فتح المفتاح، يبدأ التدفق المغناطيسي في الملف في الانخفاض، ويظهر emf ذاتي الحث، مما يمنع التيار من خلال الملف من الانخفاض. لكن البطارية مفصولة بالفعل، لذلك يضطر التيار إلى التدفق عبر الجلفانومتر، وفي الاتجاه المعاكس للاتجاه الأصلي. سيظهر ذلك بواسطة الجلفانومتر، الذي تنحرف إبرته في الاتجاه المعاكس.

لاحظ أن القوة الدافعة الكهربية المستحثة ذاتيًا يمكن أن تتجاوز القوة الدافعة الكهربية المصدر بشكل كبير. وهذا ما يفسر خطر الانفصال الحاد عن شبكة الطاقة للمحركات الكهربائية القوية التي تتمتع ملفاتها بمحاثة كبيرة. يتم إيقاف تشغيلها باستخدام مقاومة متغيرة، مما يقلل التيار تدريجيًا.

الحث الذاتي هو نظير للقصور الذاتي.إن ظاهرة الاستقراء الذاتي تشبه إلى حد ما ظاهرة القصور الذاتي في الميكانيكا. مثلما يؤدي القصور الذاتي إلى تغير تدريجي في سرعة الجسم حتى مع تطبيق قوة لحظية، فإن الحث الذاتي يمنع التيار من تغيير قيمته على الفور دائرة كهربائية. لذلك، فإن محاثة الملف هي نظير للكتلة، وتعمل كمقياس للقصور الذاتي. مرات أكثر:

مقارنة نحصل عليها

وبتقديم عدد اللفات لكل وحدة طول، يمكن إعطاء هذا التعبير بالشكل

أين هو حجم الملف اللولبي الذي يتركز فيه المجال المغناطيسي بشكل رئيسي.

تيارات إيدي.وفي مجال التكنولوجيا، ظهرت ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، إلى جانب مجموعة واسعة من تطبيقات مفيدةوأحياناً يكشف عن نفسه بطرق غير مرغوب فيها. ومن الأمثلة على ذلك ما يسمى بالتيارات الدوامية، أو تيارات فوكو. هذه مغلقة التيارات الكهربائيةفي الموصلات الصلبة الضخمة، والتي تنشأ إما عندما يتغير المجال المغناطيسي الذي يخترقها، أو عندما يتحرك جسم موصل في مجال مغناطيسي. تغلق تيارات إيدي مباشرة في الكتلة الموصلة، وتشكل دوائر تشبه الدوامة.

وفقًا لقانون لينز، يتم توجيه المجال المغناطيسي الناتج عن التيارات الدوامية بطريقة تعوض التغير في التدفق المغناطيسي الذي يولدها. ونتيجة لذلك، فإن موصلًا ضخمًا يتحرك في مجال مغناطيسي يتأثر بقوة فرملة موجهة ضد الحركة ومتناسبة مع السرعة.

يمكن إظهار مظاهر تيارات فوكو في التجربة البسيطة التالية (الشكل 120 أ). في الفجوة بين القطبين الأقوياء

يقوم المغناطيس الكهربائي (7 و 2) بتأرجح البندول، وفي نهايته يتم تثبيت لوحة نحاسية صلبة، وعندما يتم تشغيل المغناطيس الكهربائي، تتوقف تذبذبات البندول بسرعة كبيرة. إذا قمت باستبدال لوحة صلبة بلوحة من نفس الحجم مع قطع عرضية (الشكل 1206)، فإن تشغيل المغناطيس الكهربائي ليس له أي تأثير تقريبًا على تخميد التذبذبات.

لا تتسبب تيارات إيدي في ظهور القوى الميكانيكية فحسب، بل تتسبب أيضًا في إطلاق حرارة جول. في كثير اجهزة كهربائيةولمكافحة هذا، تستخدم الدوائر المغناطيسية (قلب المحولات، والتجهيزات الآلات الكهربائية) يتم تجميعها من صفائح حديدية منفصلة معزولة عن بعضها البعض.

في الموصلات الفائقة، لا تنشأ تيارات الحث في السمك، ولكن في طبقة رقيقة قريبة من السطح. يحدث هذا لأن المجال المغناطيسي لا يخترق عمق الموصل الفائق (تأثير مايسنر). في الموصلات الفائقة، لا تتحلل التيارات الحثية.

أرز. 120. عرض تيارات فوكو (أ) واستخدامها لتخميد تذبذبات إبرة أدوات القياس الكهربائية (ب)

وقد تجلى مظهرها في تجربة مذهلة عندما تم تعليق مغناطيس صغير دائم، مثل نعش محمد، دون أي دعم فوق قرص من السيراميك فائق التوصيل، المبرد بالنيتروجين السائل، الذي ينتمي إلى ما يسمى بالموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية.

بين ذلك في كل مما هو مبين في الشكل. 108-110 تجربة، يرتبط حدوث تيار تحريضي بتقاطع الملف مع خطوط القوة المغناطيسية، مما يؤدي إلى تغير في عدد خطوط الكهرباء، مغطى بالكفاف ("مرتبط" بالكفاف).

أظهر أنه وفقًا لقانون لينز، فإن انحرافات إبرة الجلفانومتر في التجارب الموضحة في الشكل. 108-110 يجب أن تحدث بالفعل في اتجاهين متعاكسين للإجراءات الأمامية والعكسية، كما هو مذكور في النص.

اشرح نتائج تجربة إدخال مغناطيس في حلقات صلبة ومقطعة مثبتة على ذراع متأرجح دوار (الشكل 111).

بيّن أن قاعدة اليد اليمنى لتحديد اتجاه التيار المستحث في موصل متحرك تتوافق مع قانون لينز.

اشرح كيف يرتبط قانون لينز بقانون حفظ الطاقة.

ماذا يمكن أن يقال عن الطبيعة الفيزيائية للقوى الخارجية في ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي؟ هل يؤثر على صياغة قانون الحث الكهرومغناطيسي (I)؟

سبب إثارة التيار المستحث في ملفات المولد الكهربائي هو قوة لورنتز. ولكنها موجهة بشكل عمودي على سرعة الشحنات ولا تبذل أي شغل. كيف يقوم المولد الكهربائي بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية؟

كيف نفسر حدوث تيار مستحث في دائرة مغلقة في الحالات التي لا يتغير فيها التدفق المغناطيسي المقترن بالدائرة، على سبيل المثال، في مغو أحادي القطب؟

هل من الممكن حدوث حالات عندما يتغير التدفق المغناطيسي، ولكن لا يوجد قوة دافعة مستحثة؟

ما هي ظاهرة الاستقراء الذاتي؟

بيّن أنه عند إغلاق دائرة تحتوي على محرِّض، يؤدي عمل القوة الدافعة الكهربية ذاتية الحث إلى تباطؤ في صعود التيار.

اشرح نوعيًا سبب تناسب القوة الدافعة الكهربية الحثية الذاتية للملف مع مربع عدد اللفات.

إذا وضعت حلقة معدنية من النحاس أو الألومنيوم على قلب المغناطيس الكهربائي، فعند تشغيل المغناطيس الكهربائي، فإن الحلقة "تطلق" حرفيًا من القلب. اشرح عمل مثل هذا "المدفع الكهرومغناطيسي".