قانون الحث الكهرومغناطيسي. اكتشاف فاراداي ولينز: قانون الحث الكهرومغناطيسي - صيغة الظاهرة

قانون الحث الكهرومغناطيسي(Z. فاراداي ماكسويل). قواعد لينز

تلخيصًا لنتائج التجارب ، صاغ فاراداي قانون الحث الكهرومغناطيسي. أظهر أنه مع أي تغيير في التدفق المغناطيسي في دائرة موصلة مغلقة ، يكون التيار التعريفي متحمسًا. لذلك ، يحدث emf التعريفي في الدائرة.

يتناسب الحث emf بشكل مباشر مع معدل تغير التدفق المغناطيسي بمرور الوقت. تم تصميم السجل الرياضي لهذا القانون من قبل ماكسويل وبالتالي يطلق عليه قانون فاراداي ماكسويل (قانون الحث الكهرومغناطيسي).

4.2.2. حكم لينز

لا يقول قانون الحث الكهرومغناطيسي عن الاتجاه التعريفي الحالي. تم حل هذا السؤال من قبل لينز في عام 1833. أسس قاعدة لتحديد اتجاه تيار الحث.

يحتوي تيار الحث على اتجاه بحيث يمنع المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطته حدوث تغيير في التدفق المغناطيسي الذي يخترق هذه الدائرة ، أي التعريفي الحالي.يتم توجيهه بطريقة تتصدى للسبب الذي يسببه. على سبيل المثال ، دع مغناطيسًا دائمًا يتم دفعه إلى دائرة مغلقة (الشكل 250).

شكل 250 شكل 251

يزداد عدد خطوط القوة التي تعبر الدائرة المغلقة ، وبالتالي يزداد التدفق المغناطيسي. يوجد في الدائرة تيار تحريضي أناأنا ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا ، خطوط القوةالتي (الخطوط المنقطة المتعامدة مع مستوى الكفاف) موجهة ضد خطوط قوة المغناطيس. عندما يتم تمديد المغناطيس ، ينخفض ​​التدفق المغناطيسي الذي يخترق الدائرة (الشكل 251) ، ويقل تيار الحث أناأقوم بإنشاء حقل ، يتم توجيه خطوط قوته نحو خط تحريض المغناطيس (الخطوط المتقطعة في الشكل 251).

مع الأخذ في الاعتبار قاعدة لينز ، يمكن كتابة قانون فاراداي ماكسويل في النموذج

تستخدم الصيغة (568) لحل مشكلة فيزيائية.

يتم تحديد قيمة متوسط ​​الوقت للحث emf بواسطة الصيغة

اكتشف طرقًا لتغيير التدفق المغناطيسي.

اول طريق. ب = ثابتو α = ثوابت. تغييرات المنطقة س.

مثال. السماح في مجال مغناطيسي موحد ب = ثابتيتحرك موصل بطول l عموديًا على خطوط القوة بسرعة (الشكل 252) ثم ينشأ فرق جهد عند طرفي الموصل ، يساوي EMF للتحريض. دعنا نجدها.

التغيير في التدفق المغناطيسي

في الصيغة (570) α - هذه هي الزاوية بين المستوى الطبيعي للطائرة التي تغسلها حركة الموصل وناقل الحث.

ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي هي الحدوث التيار الكهربائيفي دائرة موصلة مغلقة ، بينما يتغير التدفق المغناطيسي الذي يخترق هذه الدائرة بمرور الوقت. تستند هذه الظاهرة إلى قانون الحث الكهرومغناطيسي ، الذي اشتق صيغته الفيزيائي الإنجليزي فاراداي.

مفاهيم الحث الكهرومغناطيسي

التدفق المغناطيسي هو أحد الكميات الرئيسية المرتبطة بالحث الكهرومغناطيسي. لفهم معناه المادي ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار الصيغة التي تحدد هذه الكمية: Φ = ب. س. كوس أ. هنا تعمل B كمعامل لمتجه الحث المغناطيسي ، S هي منطقة الدائرة الموصلة ، α هي الزاوية بين المستوى الطبيعي لمستوى الكنتور ومتجه الحث المغناطيسي.

مع وجود مجال مغناطيسي غير منتظم ومحيط غير مستوٍ ، يمكن تعميم قيمة التدفق المغناطيسي. لهذا ، يوجد في نظام SI تسمية لوحدة التدفق المغناطيسي تسمى Weber. لإنشاء 1 Wb ، يلزم وجود مجال مغناطيسي قدره 1 T ، والذي يخترق كفافًا مسطحًا ، تبلغ مساحته 1 متر مربع. (1 واط = 1 ت. 1 م 2)

اكتشف فاراداي قانون الحث الكهرومغناطيسي ، والذي يتم التعبير عن صيغته بالعبارات التالية:

توضح هذه الصيغة بوضوح أن التغيير في التدفق المغناطيسي في الدائرة يؤدي إلى ظهور emf التعريفي. emf ، بدوره ، يساوي المعدل الذي يتغير فيه التدفق المغناطيسي عند المرور عبر المنطقة التي تحدها الدائرة. يتم أخذ القيمة الكاملة لـ EMF بعلامة ناقص. هذا ما هو عليه .

أسباب تغيير التدفق المغناطيسي

يمكن أن يتغير التدفق المغناطيسي الذي يخترق حلقة مغلقة لعدد من الأسباب.

بادئ ذي بدء ، تحدث هذه التغييرات عندما تتحرك الدائرة في مجال مغناطيسي ثابت في الوقت المناسب. في هذه الحالة ، تتحرك الموصلات ، جنبًا إلى جنب مع ناقلات الشحن المجاني ، في مجال مغناطيسي. تحدث المجالات الكهرومغناطيسية للحث تحت تأثير القوى الخارجية التي تؤثر على الشحنات الحرة في الموصلات المتحركة.

سبب آخر يغير التدفق المغناطيسي هو التغيير في الوقت حقل مغناطيسيعندما تكون الدائرة ثابتة. في الموصل الثابت ، يمكن للإلكترونات أن تتحرك فقط تحت تأثير الحقل الكهربائي. هذا المجال ، بدوره ، ينشأ من عمل مجال مغناطيسي يتغير بمرور الوقت.

الشغل المبذول في تحريك شحنة موجبة واحدة في دائرة مغلقة يساوي قوة الحث لموصل ثابت. يسمى هذا المجال ، الذي تم الحصول عليه بمساعدة مجال مغناطيسي متغير ، بالمجال الكهربائي الدوامي.

الكهرباءو المجالات المغناطيسيةيتم توليدها من نفس المصادر - الشحنات الكهربائية ، لذلك يمكننا أن نفترض أن هناك علاقة معينة بين هذه المجالات. وجد هذا الافتراض تأكيدًا تجريبيًا في عام 1831 في تجارب عالم الفيزياء الإنجليزي البارز م. فاراداي. فتح ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.

ظاهرة الحث الكهرومغناطيسييكمن وراء تشغيل مولدات التيار الكهربائي التعريفي ، والتي تمثل جميع الكهرباء المولدة في العالم.

• الفيض المغناطيسي

دائرة مغلقة توضع في مجال مغناطيسي موحد

السمة الكمية لعملية تغيير المجال المغناطيسي من خلال دائرة مغلقة هي كمية مادية تسمى الفيض المغناطيسي. التدفق المغناطيسي (F) عبر منطقة حلقة مغلقة (S) هو كمية مادية مساوية لمنتج معامل ناقل الحث المغناطيسي (B) بمنطقة الحلقة (S) وجيب الزاوية بينناقلات ب وطبيعية على السطح: Φ = BS cos α. وحدة التدفق المغناطيسي هي F - ويبر (Wb): 1 Wb \ u003d 1 T 1 m 2.

عمودي أقصى.

إذا كان ناقل الحث المغناطيسي موازيمنطقة كفاف ، ثم التدفق المغناطيسي يساوي صفر.

• قانون الحث الكهرومغناطيسي

تجريبيًا ، تم وضع قانون الحث الكهرومغناطيسي: إن المجال الكهرومغناطيسي للحث في دائرة مغلقة يساوي في القيمة المطلقة معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده الدائرة: تسمى هذه الصيغة قانون فاراداي .

تجربة فاراداي الأولى هي عرض كلاسيكي للقانون الأساسي للحث الكهرومغناطيسي. في ذلك ، كلما تم تحريك المغناطيس بشكل أسرع من خلال لفات الملف ، ظهر فيه تيار تحريض أكبر ، وبالتالي فإن الحث EMF.

• حكم لينز

اعتماد اتجاه تيار الحث على طبيعة التغيير في المجال المغناطيسي عبر دائرة مغلقة عام 1833 تجريبياالتي أنشأها الفيزيائي الروسي إي كيه لينز. وفق حكم لينز ، الذي ينشأ في دائرة مغلقة ، فإن التيار الحثي مع مجاله المغناطيسي يقاوم التغيير في التدفق المغناطيسي ، الذي هو عليه مُسَمًّى.باختصار ، يمكن صياغة هذه القاعدة على النحو التالي: يتم توجيه التيار المستحث بطريقة تمنع حدوث ذلك السبب الذي يسببها. تعكس قاعدة لينز الحقيقة التجريبية المتمثلة في أن لديهم دائمًا إشارات معاكسة (علامة الطرح تسجيل الدخول صيغة فاراداي).

صمم Lenz جهازًا يتكون من حلقتين من الألومنيوم ، صلبة ومقطعة ، مثبتة على عارضة من الألومنيوم. يمكن أن تدور حول محور ، مثل الكرسي الهزاز. عندما تم إدخال مغناطيس في حلقة صلبة ، بدأ في "الهروب" من المغناطيس ، وتحويل الكرسي الهزاز وفقًا لذلك. عند إخراج المغناطيس من الحلقة ، حاول "اللحاق" بالمغناطيس. عندما تحرك المغناطيس داخل حلقة القطع ، لم تحدث أي حركة. أوضح لينز التجربة بحقيقة أن المجال المغناطيسي للتيار التعريفي سعى إلى تعويض التغيير في التدفق المغناطيسي الخارجي.

حكم لينز له معنى فيزيائي عميق - يعبر عنه قانون حفظ الطاقة.

إذا كانت هناك دائرة موصلة مغلقة في المجال المغناطيسي لا تحتوي على مصادر تيار ، فعندما يتغير المجال المغناطيسي ، ينشأ تيار كهربائي في الدائرة. هذه الظاهرة تسمى الحث الكهرومغناطيسي. يشير ظهور التيار إلى حدوث مجال كهربائي في الدائرة ، والذي يمكن أن يوفر حركة مغلقة للشحنات الكهربائية أو ، بعبارة أخرى ، حدوث EMF. الحقل الكهربائي ، الذي ينشأ عندما يتغير المجال المغناطيسي والذي لا يساوي عمله صفرًا عند تحريك الشحنات على طول دائرة مغلقة ، لديه خطوط قوة مغلقة ويسمى دوامة.

للحصول على وصف كمي للحث الكهرومغناطيسي ، يتم تقديم مفهوم التدفق المغناطيسي (أو تدفق ناقل الحث المغناطيسي) من خلال دائرة مغلقة. بالنسبة لدائرة مسطحة تقع في مجال مغناطيسي موحد (ولا يمكن مواجهة مثل هذه المواقف إلا من قبل تلاميذ المدارس في امتحان الحالة الموحدة) ، يتم تعريف التدفق المغناطيسي على أنه

أين هو المجال الحثي ، المنطقة الكنتورية ، هي الزاوية بين متجه الحث والعادي (العمودي) على المستوى الكنتوري (انظر الشكل ؛ العمودي على المستوى الكنتوري يظهر بخط منقط). وحدة التدفق المغناطيسي في النظام الدولي للوحدات SI هي Weber (Wb) ، والتي تُعرَّف على أنها التدفق المغناطيسي من خلال محيط مساحته 1 م 2 من مجال مغناطيسي موحد مع تحريض 1 T ، عموديًا على مستوى الكفاف.

قيمة EMF للحث الذي يحدث في الدائرة عندما يتغير التدفق المغناطيسي عبر هذه الدائرة يساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي

هذا هو التغيير في التدفق المغناطيسي عبر الدائرة خلال فترة زمنية صغيرة. من الخصائص المهمة لقانون الحث الكهرومغناطيسي (23.2) شموليته فيما يتعلق بأسباب تغيير التدفق المغناطيسي: يمكن أن يتغير التدفق المغناطيسي عبر الدائرة بسبب تغيير في تحريض المجال المغناطيسي ، أو تغيير في منطقة الدائرة ، أو تغيير في الزاوية بين ناقل الحث والعادي ، والذي يحدث عندما تدور الدائرة في المجال. في جميع هذه الحالات ، وفقًا للقانون (23.2) ، سيظهر التعريفي EMF والتيار التعريفي في الدائرة.

صيغة علامة الطرح (23.2) "مسؤولة" عن اتجاه التيار الناتج عن الحث الكهرومغناطيسي (قاعدة لينز). ومع ذلك ، ليس من السهل أن نفهم بلغة القانون (23.2) أي اتجاه للتيار التعريفي ستؤدي إليه هذه الإشارة مع هذا التغيير أو ذاك في التدفق المغناطيسي عبر الدائرة. ولكن من السهل تذكر النتيجة: سيتم توجيه تيار الحث بطريقة "يميل" المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطته للتعويض عن التغيير في المجال المغناطيسي الخارجي الذي ولد هذا التيار. على سبيل المثال ، مع زيادة تدفق مجال مغناطيسي خارجي من خلال دائرة ، سيظهر فيها تيار تحريضي ، حيث سيتم توجيه مجاله المغناطيسي عكس المجال المغناطيسي الخارجي لتقليل المجال الخارجي وبالتالي الحفاظ على القيمة الأصلية للحقل المغناطيسي. مع انخفاض تدفق المجال عبر الدائرة ، سيتم توجيه مجال الحث الحالي بنفس طريقة توجيه المجال المغناطيسي الخارجي.

إذا تغير التيار ، لسبب ما ، في دائرة بتيار ، فإن التدفق المغناطيسي عبر دائرة المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة هذا التيار نفسه يتغير أيضًا. بعد ذلك ، وفقًا للقانون (23.2) ، يجب أن يظهر التعريفي EMF في الدائرة. تسمى ظاهرة حدوث EMF للتحريض في دائرة كهربائية معينة نتيجة لتغير التيار في هذه الدائرة نفسها بالحث الذاتي. للعثور على EMF للحث الذاتي في بعض الدوائر الكهربائية ، من الضروري حساب تدفق المجال المغناطيسي الذي أنشأته هذه الدائرة من خلال نفسها. مثل هذا الحساب مشكلة صعبةبسبب عدم تجانس المجال المغناطيسي. ومع ذلك ، فإن إحدى خصائص هذا التدفق واضحة. نظرًا لأن المجال المغناطيسي الناتج عن التيار في الدائرة يتناسب مع حجم التيار ، فإن التدفق المغناطيسي للحقل الخاص عبر الدائرة يتناسب مع التيار في هذه الدائرة

أين هي القوة الحالية في الدائرة ، هو عامل التناسب الذي يميز "هندسة" الدائرة ، لكنه لا يعتمد على التيار الموجود فيها ويسمى محاثة هذه الدائرة. وحدة الحث في النظام الدولي للوحدات SI هي Henry (H). يُعرَّف 1 H على أنه تحريض مثل هذه الدائرة ، وتدفق تحريض مجالها المغناطيسي الذي يبلغ من خلاله 1 Wb بقوة تيار 1 أ. مع الأخذ في الاعتبار تعريف الحث (23.3) من قانون الحث الكهرومغناطيسي (23.2) ، نحصل على المجال الكهرومغناطيسي للحث الذاتي

بسبب ظاهرة الحث الذاتي ، فإن التيار في أي دائرة كهربائية له "خمول" معين ، وبالتالي طاقة. في الواقع ، لإنشاء تيار في الدائرة ، من الضروري القيام بعمل للتغلب على EMF للحث الذاتي. وتساوي طاقة الدائرة مع التيار هذا الشغل. من الضروري أن تتذكر معادلة طاقة الدائرة مع التيار

أين هو محاثة الدائرة ، التيار فيها.

ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي تستخدم على نطاق واسع في التكنولوجيا. يقوم على توليد التيار الكهربائي في المولدات الكهربائية ومحطات الطاقة. بفضل قانون الحث الكهرومغناطيسي ، يتم تحويل الاهتزازات الميكانيكية إلى اهتزازات كهربائية في الميكروفونات. على أساس قانون الحث الكهرومغناطيسي ، على وجه الخصوص ، تعمل الدائرة الكهربائية ، والتي تسمى الدائرة التذبذبية (انظر الفصل التالي) ، والتي هي أساس أي جهاز إرسال أو استقبال لاسلكي.

فكر الآن في المهام.

من بين تلك المدرجة في المهمة 23.1.1الظواهر ، هناك نتيجة واحدة فقط لقانون الحث الكهرومغناطيسي - ظهور تيار في الحلقة عند مرور مغناطيس دائم من خلالها (الإجابة 3 ). كل شيء آخر هو نتيجة التفاعل المغناطيسي للتيارات.

كما هو موضح في مقدمة هذا الفصل ، فإن ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي تكمن وراء تشغيل المولد ( المهمة 23.1.2)، أي. الجهاز الذي يخلق التيار المتناوب، معطى التردد (الاستجابة 2 ).

خلق تحريض المجال المغناطيسي المغناطيس الدائم، يتناقص مع زيادة المسافة إليه. لذلك ، عندما يقترب المغناطيس من الحلقة ( المهمة 23.1.3) يتغير تدفق الحث للمغناطيس من خلال الحلقة ، ويظهر تيار تحريضي في الحلقة. من الواضح أن هذا سيحدث عندما يقترب المغناطيس من الحلقة والشمال ، و القطب الجنوبي. لكن اتجاه تيار الحث في هذه الحالات سيكون مختلفًا. هذا يرجع إلى حقيقة أنه عندما يقترب المغناطيس من الحلقة بأقطاب مختلفة ، فسيتم توجيه المجال في مستوى الحلقة في إحدى الحالات عكس المجال في الحالة الأخرى. لذلك ، للتعويض عن هذه التغييرات في المجال الخارجي ، يجب توجيه المجال المغناطيسي للتيار الاستقرائي بشكل مختلف في هذه الحالات. لذلك ، فإن اتجاهات التيارات الحثية في الحلقة ستكون معاكسة (الإجابة هي 4 ).

لحدوث الحث EMF في الحلقة ، من الضروري أن يتغير التدفق المغناطيسي عبر الحلقة. وبما أن الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي يعتمد على المسافة إليه ، ثم في الحالة المدروسة المهمة 23.1.4في الحالة ، سيتغير التدفق عبر الحلقة ، وسيظهر تيار تحريضي في الحلقة (الإجابة هي 1 ).

عند تدوير الإطار 1 ( المهمة 23.1.5) الزاوية بين خطوط الحث المغناطيسي (وبالتالي ، ناقل الحث) ومستوى الإطار في أي وقت تساوي الصفر. وبالتالي ، لا يتغير التدفق المغناطيسي عبر الإطار 1 (انظر الصيغة (23.1)) ، ولا يحدث تيار الحث فيه. في الإطار 2 ، سيحدث تيار تحريضي: في الموضع الموضح في الشكل ، يكون التدفق المغناطيسي من خلاله صفرًا ، عندما يتحول الإطار إلى ربع دورة ، سيكون مساويًا ، حيث يكون الحث ، هو مساحة الإطار. بعد ربع آخر من الدورة ، سيكون التدفق صفرًا مرة أخرى ، وهكذا. لذلك ، يتغير تدفق الحث المغناطيسي عبر الإطار 2 أثناء دورانه ، وبالتالي ينشأ فيه تيار تحريضي (الإجابة هي 2 ).

في المهمة 23.1.6يحدث تيار الحث فقط في الحالة 2 (الإجابة 2 ). في الواقع ، في الحالة 1 ، يظل الإطار على نفس المسافة من الموصل أثناء الحركة ، وبالتالي ، لا يتغير المجال المغناطيسي الذي أنشأه هذا الموصل في مستوى الإطار. عندما يتحرك الإطار بعيدًا عن الموصل ، يتغير الحث المغناطيسي لحقل الموصل في منطقة الإطار ، ويتغير التدفق المغناطيسي عبر الإطار ، وينشأ تيار تحريضي

ينص قانون الحث الكهرومغناطيسي على أن التيار الحثي في ​​الحلقة سيتدفق في مثل هذه اللحظات في الوقت الذي يتغير فيه التدفق المغناطيسي عبر هذه الحلقة. لذلك ، بينما المغناطيس في حالة سكون بالقرب من الحلقة ( المهمة 23.1.7) لن يتدفق التيار الحثي في ​​الحلقة. لذا فإن الإجابة الصحيحة لهذه المشكلة هي 2 .

وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي (23.2) ، يتم تحديد EMF الحثي في ​​الإطار بمعدل تغير التدفق المغناطيسي خلاله. ومنذ ذلك الحين بشرط المهام 23.1.8يتغير تحريض المجال المغناطيسي في منطقة الإطار بشكل موحد ، ومعدل تغيره ثابت ، ولا يتغير حجم الحث emf أثناء التجربة (الإجابة هي 3 ).

في المهمة 23.1.9تكون قيمة emf الحثية التي تحدث في الإطار في الحالة الثانية أكبر بأربع مرات من قيمة emf الحثية التي تحدث في الحالة الأولى (الإجابة هي 4 ). ويرجع ذلك إلى زيادة مساحة الإطار بمقدار أربعة أضعاف ، وبالتالي التدفق المغناطيسي من خلاله في الحالة الثانية.

في المهمة 23.1.10في الحالة الثانية ، يتضاعف معدل تغير التدفق المغناطيسي (يتغير تحريض المجال بنفس المقدار ، ولكن في نصف الوقت). لذلك ، فإن المجال الكهرومغناطيسي للحث الكهرومغناطيسي الذي يحدث في الإطار في الحالة الثانية أكبر بمرتين مما في الحالة الأولى (الإجابة هي 1 ).

عندما يتضاعف التيار في موصل مغلق ( المهمة 23.2.1) ، ستزداد قيمة تحريض المجال المغناطيسي عند كل نقطة في الفضاء مرتين ، دون تغيير في الاتجاه. لذلك ، فإن التدفق المغناطيسي عبر أي منطقة صغيرة ، وبالتالي ، سيتغير الموصل بأكمله مرتين بالضبط (الإجابة هي 1 ). لكن نسبة التدفق المغناطيسي عبر الموصل إلى التيار في هذا الموصل ، وهو محاثة الموصل ، مع عدم التغيير ( المهمة 23.2.2- إجابة 3 ).

باستخدام الصيغة (23.3) نجدها مهمة 32.2.3 gn (answer 4 ).

العلاقة بين وحدات قياس التدفق المغناطيسي والحث المغناطيسي والحث ( المهمة 23.2.4) يتبع من تعريف الحث (23.3): وحدة التدفق المغناطيسي (Wb) تساوي ناتج وحدة التيار (A) لكل وحدة محاثة (H) - الإجابة 3 .

وفقًا للصيغة (23.5) ، مع زيادة مضاعفة في محاثة الملف وانخفاض مضاعف في التيار فيه ( المهمة 23.2.5) ستنخفض طاقة المجال المغناطيسي للملف بمقدار مرتين (الإجابة 2 ).

عندما يدور الإطار في مجال مغناطيسي موحد ، يتغير التدفق المغناطيسي عبر الإطار بسبب تغير في الزاوية بين العمودي على مستوى الإطار وناقل المجال المغناطيسي. ومنذ ذلك الحين في الحالتين الأولى والثانية في المهمة 23.2.6تتغير هذه الزاوية وفقًا لنفس القانون (حسب الشرط ، يكون تكرار دوران الإطارات هو نفسه) ، ثم يتغير EMF للحث وفقًا لنفس القانون ، وبالتالي ، فإن نسبة قيم السعة لـ EMF للحث داخل الإطار تساوي واحدًا (الإجابة 2 ).

المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة موصل مع تيار في منطقة الإطار ( المهمة 23.2.7) ، المرسلة "منا" (انظر حل المشاكل في الفصل 22). ستنخفض قيمة تحريض مجال السلك في منطقة الإطار أثناء تحركه بعيدًا عن السلك. لذلك ، يجب أن يخلق تيار الحث في الإطار مجالًا مغناطيسيًا موجهًا داخل الإطار "بعيدًا عنا". الآن باستخدام قاعدة gimlet لإيجاد اتجاه الحث المغناطيسي ، نستنتج أن تيار الحث في الحلقة سيتم توجيهه في اتجاه عقارب الساعة (الإجابة هي 1 ).

مع زيادة التيار في السلك ، سيزداد المجال المغناطيسي الناتج عن ذلك وسيظهر تيار تحريضي في الإطار ( المهمة 23.2.8). نتيجة لذلك ، سيكون هناك تفاعل بين تيار الحث في الحلقة والتيار في الموصل. للعثور على اتجاه هذا التفاعل (التجاذب أو التنافر) ، يمكنك العثور على اتجاه تيار الحث ، ثم باستخدام صيغة أمبير ، قوة التفاعل بين الإطار والسلك. لكن يمكنك القيام بذلك بشكل مختلف ، باستخدام قاعدة لينز. يجب أن يكون لجميع الظواهر الاستقرائية مثل هذا الاتجاه للتعويض عن السبب الذي يسببها. وبما أن السبب هو زيادة التيار في الحلقة ، فإن قوة التفاعل بين التيار الحثي والسلك يجب أن تميل إلى تقليل التدفق المغناطيسي للحقل السلكي عبر الحلقة. وبما أن الحث المغناطيسي للمجال السلكي يتناقص مع زيادة المسافة إليه ، فإن هذه القوة ستصد الإطار عن السلك (الإجابة 2 ). إذا انخفض التيار في السلك ، فسينجذب الإطار إلى السلك.

المهمة 23.2.9تتعلق أيضًا باتجاه ظاهرة الاستقراء وحكم لينز. عندما يقترب المغناطيس من حلقة موصلة ، سيظهر تيار تحريضي فيه ، وسيكون اتجاهه لتعويض السبب الذي يسببه. وبما أن هذا السبب هو اقتراب المغناطيس ، فإن الحلقة ستتنافر عنه (الإجابة 2 ). إذا تم إبعاد المغناطيس عن الحلقة ، فسيكون هناك جذب للحلقة للمغناطيس لنفس الأسباب.

المهمة 23.2.10هي المشكلة الحسابية الوحيدة في هذا الفصل. للعثور على EMF للتحريض ، تحتاج إلى إيجاد التغيير في التدفق المغناطيسي عبر الدائرة . يمكن القيام به على هذا النحو. دع في وقت ما كان العبور في الموضع الموضح في الشكل ، ودع فاصل زمني صغير يمر. خلال هذه الفترة الزمنية ، سوف يتحرك العبور بالقيمة. سيؤدي ذلك إلى زيادة منطقة الكنتور بالمبلغ . لذلك ، فإن التغيير في التدفق المغناطيسي عبر الدائرة سيكون متساويًا ، وحجم الحث emf (إجابة 4 ).

للكهرباء القدرة على توليد مجال مغناطيسي. في عام 1831 ، قدم M. Faraday مفهوم الحث الكهرومغناطيسي. كان قادرا على الدخول نظام مغلقموصلات الكهرباء التي تظهر عندما يتغير التدفق المغناطيسي. أعطت صيغة قانون فاراداي قوة دفع لتطوير الديناميكا الكهربائية.

تاريخ التطور

بعد إثبات قانون الحث الكهرومغناطيسي من قبل العالم الإنجليزي M. Faraday ، عمل العالمان الروسيان E.Lenz و B. Jacobi على الاكتشاف. بفضل عملهم ، أصبح المبدأ المطور اليوم هو الأساس لعمل العديد من الأجهزة والآليات.

الوحدات الرئيسية التي يتم فيها تطبيق قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي هي المحرك والمحول والعديد من الأجهزة الأخرى.

يسمى الحث الكهرومغناطيسي الحث في نظام توصيل مغلق للتيار الكهربائي. تصبح هذه الظاهرة ممكنة أثناء الحركة الفيزيائية من خلال نظام الموصلات للمجال المغناطيسي. يستلزم العمل الميكانيكي ظهور الكهرباء. يطلق عليه الاستقراء. قبل اكتشاف قانون فاراداي ، لم تكن البشرية تعرف طرقًا أخرى لتوليد الكهرباء ، باستثناء الطلاء الكهربائي.

إذا تم تمرير مجال مغناطيسي عبر الموصل ، فستحدث قوة تحريض فيه. وتسمى أيضًا القوة الدافعة الكهربائية. بمساعدة هذا الاكتشاف ، من الممكن قياس المؤشر.

دليل تجريبي

أثناء إجراء بحثه ، وجد العالم الإنجليزي أن التيار الحثي يتم الحصول عليه بإحدى طريقتين. في التجربة الأولى ، يظهر عندما يتحرك الإطار في مجال مغناطيسي تم إنشاؤه بواسطة ملف ثابت. تفترض الطريقة الثانية موقعًا ثابتًا للإطار. في هذه التجربة ، يتغير مجال الملف فقط عندما يتحرك أو يتغير التيار فيه.

قادت تجارب فاراداي الباحث إلى استنتاج مفاده أنه عندما يتم توليد تيار تحريضي ، فإنه يتم استفزازه عن طريق زيادة أو نقصان في التدفق المغناطيسي في النظام. أيضًا ، أتاحت تجارب فاراداي التأكيد على أن قيمة الكهرباء التي تم الحصول عليها تجريبيًا لا تعتمد على المنهجية التي تم بها تغيير تدفق الحث المغناطيسي. يتأثر المؤشر فقط بمعدل هذا التغيير.

التعبير الكمي

لتحديد القيمة الكمية لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي يسمح قانون فاراداي. تنص على أن EMF ، الذي يتم تحديده في النظام ، يغير قيمته بما يتناسب مع سرعة التدفق في الموصل. ستبدو الصيغة كما يلي:

تشير العلامة السالبة إلى أن EMF يمنع ظهور التغييرات داخل الدائرة. لحل بعض المشكلات ، لا يتم وضع علامة سالبة في الصيغة. في هذه الحالة ، تتم كتابة النتيجة كمعامل.

قد يتضمن النظام عدة أدوار. يشار إلى عددهم حرف لاتيني N. جميع عناصر الدائرة مثقوبة بتدفق مغناطيسي واحد. سيتم حساب emf التعريفي على النحو التالي:

مثال واضح على إعادة توليد الكهرباء في الموصل هو الملف الذي يتحرك من خلاله مغناطيس دائم.

عمل إي لينز

اتجاهية التيار التعريفي يجعل من الممكن تحديد قاعدة لينز. تبدو الصياغة القصيرة بسيطة بما فيه الكفاية. التيار الذي يظهر عندما تتغير مؤشرات المجال لدائرة الموصل ، بسبب مجالها المغناطيسي ، يمنع مثل هذا التغيير.

إذا تم إدخال مغناطيس تدريجيًا في الملف ، فإن مستوى التدفق المغناطيسي فيه يزداد. وفقًا لقاعدة لينز ، سيكون للحقل المغناطيسي اتجاه معاكس للزيادة في مجال المغناطيس. لفهم هذا الاتجاه ، من الضروري النظر إلى المغناطيس الجانب الشمالي. من هنا ، سيتم ثمل المخروط باتجاه القطب الشمالي. سوف يتحرك التيار في اتجاه عقارب الساعة.

إذا تمت إزالة المغناطيس من النظام ، فسوف ينخفض ​​التدفق المغناطيسي فيه. لضبط اتجاه التيار ، يتم فك المسمار. سيتم توجيه الدوران في الاتجاه المعاكس للحركة على قرص الساعة في اتجاه عقارب الساعة.

اكتسبت تركيبات لينز أهمية عظيمةلنظام بحلقة مغلقة ولا مقاومة. يشار إليه عادة باسم الكفاف المثالي. وفقًا لقاعدة لينز ، من المستحيل زيادة أو تقليل التدفق المغناطيسي فيه.

مفهوم الاستقراء الذاتي

جيل الحث في نظام مثالي، الذي يحدث عند سقوط الكهرباء أو زيادتها في الموصل ، يسمى الحث الذاتي.

يتم التعبير عن قانون فاراداي للحث الذاتي بالمساواة ، عندما لم تحدث تغييرات أخرى عندما تغيرت الكهرباء:

حيث e هو EMF ، L هو محاثة ملف مغلق ، I / t هو المعدل الذي تحدث به التغييرات الحالية.

الحث

النسبة التي تظهر التناسب بين فئات مثل قوة التيار في نظام التوصيل والتدفق المغناطيسي تسمى الحث. يتأثر المؤشر بالأبعاد المادية للملف و الخصائص المغناطيسيةبيئة. العلاقة موصوفة بالصيغة:

تثير الكهرباء التي تتحرك في الدائرة ظهور مجال مغناطيسي. يتخلل سيارته الخاصة ويسحب تياره عبر الدائرة. علاوة على ذلك ، يتناسب تدفقها مع الكهرباء التي تولدها:

تتشكل قيمة المحاثة أيضًا من قانون فاراداي.

نظام ثابت

تشرح قوة لورنتز حدوث EMF عندما يتحرك النظام في حقل بقيمة ثابتة. تتمتع EMF الاستقرائي بالقدرة على الحدوث حتى مع وجود نظام توصيل ثابت في مجال مغناطيسي متناوب. قوة لورنتز في مثل هذا المثال غير قادرة على شرح مظهر EMF الحثي.

اقترح ماكسويل استخدام معادلة خاصة لأنظمة التوصيل من النوع الثابت. يشرح حدوث المجالات الكهرومغناطيسية في مثل هذه الأنظمة. المبدأ الرئيسي لقانون فاراداي ماكسويل هو حقيقة أن مجالًا متناوبًا يتشكل في الفضاء المحيط به الحقل الكهربائي. يعمل كعامل يثير ظهور تيار تحريضي في نظام غير متحرك. إن تحريك المتجه (E) على طول الدوائر الثابتة (L) هو EMF:

في وجود تيار متناوب ، يتم إدخال قوانين فاراداي في معادلات ماكسويل. علاوة على ذلك ، يمكن تمثيلها في شكل تفاضلي وفي شكل تكاملات.

الإجراءات في مجال التحليل الكهربائي

عند استخدام قوانين فاراداي ، يتم وصف الانتظامات الموجودة أثناء التحليل الكهربائي. تتكون هذه العملية من تحويل المواد ذات الخصائص المختلفة. يحدث هذا عندما تتحرك الكهرباء عبر المنحل بالكهرباء.

تم إثبات هذه الأنماط بواسطة M. Faraday في عام 1834. تقول العبارة الأولى أن كتلة المادة التي تتشكل على القطب الكهربي تتغير وفقًا للشحنة التي تنتقل عبر الإلكتروليت.

البيان الثاني يقول أن مكافئات المكونات ذات الخصائص المختلفة تتناسب مع المعادلات الكيميائية لهذه المكونات.

يتم دمج كل من البيانات المقدمة في قانون فاراداي المشترك. ويترتب على ذلك أن رقم فاراداي سيكون مساويًا للكهرباء القادرة على إطلاق مول واحد من مادة ما على إلكتروليت. يتم حسابه لكل وحدة تكافؤ. تم حساب شحنة الإلكترون مرة أخرى في عام 1874 باستخدام الصيغة المجمعة.

تم اختبار قوانين التحليل الكهربائي التي وضعها فاراداي بقيم مختلفة للتيار ودرجة الحرارة والضغط ، وكذلك مع الإطلاق المتزامن لمادة أو أكثر. تم إجراء التحليل الكهربائي أيضًا في العديد من المواد المنصهرة والمذيبات. كما اختلف تركيز المنحل بالكهرباء في تجارب مختلفة. في الوقت نفسه ، لوحظت أحيانًا انحرافات صغيرة عن قانون فاراداي. يتم تفسيرها من خلال الموصلية الإلكترونية للكهارل ، والتي يتم تحديدها على قدم المساواة مع الموصلية الأيونية.

جعلت الاكتشافات التي قام بها الفيزيائي الإنجليزي م. فاراداي من الممكن وصف العديد من الظواهر. قوانينه هي أساس الديناميكا الكهربائية الحديثة. وفقًا لهذا المبدأ ، تعمل العديد من المعدات الحديثة.