مراجعة الحث الكهرومغناطيسى  فيزياء ثانوية عامة-2015


اكتشف اورستد أن مرور تيار كهربى فى موصل يولد مجال مغناطيسى. وقد حاول فرادى تحقيق عكس هذه النظرية ,أى توليد تيار كهربى مستحث عن طريق قطع أو تغيير عدد خطوط الفيض .

 الحث الكهرومغناطيسى

هو ظاهرة تولد قوة دافعة كهربية مستحثة وتيار مستحث فى دائرة مغلقة عندما يتغير الفيض المغناطيسى الذى يقطع ملف أو موصل مع الزمن

تفسير تولد القوة الدافعة المستحثة

يؤثر المجال المغناطسى على الإلكترونات الحرة لذرات السلك فتتحرك من أحد طرفى السلك إلى الطرف الآخر وبذلك يصبح الطرف الأول موجب والطرف الآخر سالب فيتولد فرق جهد بين طرفى السلك وتتولد قوة دافعة .

* تجارب فاراداى للحصول على التيارات الكهربية المستحثة

خطوات التجربة

1- وصل ملف معزول بجلفانومتر حساس صفر تدريجه فى المنتصف وأغلق دائرته.
2- عند إدخال المغناطيس إلى داخل الملف ينحرف مؤشر الجلفانومتر فى اتجاه معين .
3- عند تحريك المغناطيس بعيداً عن الملف يتحرك مؤشر الجلفانومتر فى الاتجاه المضاد .

الملاحظة :

1- يتولد تيار تأثيرى فى الملف عند تحريك مغناطيس بالقرب من الملف .
2- يتغير اتجاه التيار بتغيير اتجاه حركة المغناطيس أو الملف .

الاستنتاج :-

1- تتولد قوة دافعة مستحثة وتيار تأثيرى داخل الملف نتيجة للتغيير فى الفيض المغناطيس بداخله .
2- اتجاه التيار التأثيرى يتوقف على اتجاه حركة المجال .

قانون فاراداى

ملاحظات مهمة

1- عند إدخال المغناطيس فإن مجال التيار يكون عكسى يقاوم حركة الإدخال وعند إخراج المغناطيس فإن مجال التيار يكون طردى يعمل على استبقاء المغناطيس داخل الملف أو جذبه للداخل أى يقاوم حركة الإخراج .
2- عند توقف المغناطيس عن الحركه داخل الحركة داخل الملف ينعدم تغير الفيض وبالتالى تنعدم ق.د.ك المستحثه فينعدم التيار المستحث، ونستدل على ذلك بانعدام انحراف مؤشر الجلفانومتر .
3- الإشارة السالبة تدل على أن اتجاه القوة الدافعة الكهربية المستحثة وكذلك التيار المستحث يعاكس التغيير المسبب له ( قاعدة لنز).
4- الوبر :- هو الفيض المغناطيسى الذى إذا قطع عموديا لفة من لفات ملف ثم تلاشى خلال ثانية واحدة فإنه يتولد بين طرفى هذه اللفة قوة دافعة كهربية مستحثة مقدارها واحد فولت
5- تولد القوة الدافعة الكهربية المستحثة يعمل كرد فعل يقاوم الفعل وهو حركة المغناطيس

أ- حدد اتجاه التيار المستحث فى المقاومتين ab    , cd عند حركة المغناطيس ناحية اليمين .
ب- ماذا يحدث عند :-
1- زيادة حركة المغناطيس ناحية اليمين      2- تحرك المغناطيس ناحية اليسار
الحل :-
أ-   من a   الى b          ومن d   الى c
ب- يزداد انحراف المؤشر عن الحالة الاولى لزيادة القوة الدافعة الكهربية المستحثة لزيادة التغير فى الفيض .
ج-ينعكس اتجاه المؤشر لانعكاس اتجاه القوة الدافعة الكهربية المستحثة لانعكاس التغير فى الفيض .

ملاحظات المسائل:

1- عندما يدور الملف ربع دورة أو 90 درجة أو نزع الملف فجأة من الفيض أو تلاشى الفيض فجأة فإن :-
f = f= B A   D
2- عندما يدور الملف نصف دورة او 180  درجة او قلب الملف او انعكس اتجاه التيار فإن :-
f =2 f = 2BA                                      D
4- عندما يدور الملف 360  درجة او دورة كاملة فان:-          f = f   D
5- عند دوران عقرب الثوانى دورة كاملة فإن :-
طول العقرب = r نصف قطر المسار Dt  =  60 sec.                N    =   1
6- لحساب شدة التيار المستحث نعوض فى العلاقة :-           emf  = I R
7- لحساب كمية الشحنة فإن :-

 النص :

اجعل أصابع يدك اليمنى الإبهام و السبابة متعامدين على بعضهما وعلى باقى الأصابع بحيث يشير السبابة لاتجاه المجال والإبهام إلى اتجاه الحركة فتكون  باقى الأصابع تشير لاتجاه التيار المستحث .

مثال  :-

حدد اتجاه التيار المستحث فى السلك ab
إذا كان السلك يتحرك إلى يمين الصفحة

الحل

بتطبيق قاعدة فلمنج لليد اليمنى مع ملاحظة أن العلامة ×
تشير إلى فيض مغناطيسى عمودى على الصفحة وإلى داخل الصفحة
نجد ان التيار يسرى من b  الى a

قوة دافعة كهربية مستحثة عكسية	قوة دافعة كهربية مستحثة طردية
1- لحظة غلق دائرة الملف الابتدائى .	1- لحظة فتح دائرة الملف الابتدائى .
2-لحظة زيادة شدة التيار فى الملف الابتدائى .	2-لحظة نقص شدة التيار فى الملف الابتدائى .
3-أثناء تقريب أو إدخال الملف الابتدائى فى الملف الثانوى .	3-أثناء إبعاد أو إخراج الملف الابتدائى من  الملف الثانوى .

العوامل التى يتوقف عليها معامل الحث المتبادل

1- وجود قلب حديدى داخل الملفين
2- حجم وعدد لفات الملفين
3-المسافة الفاصلة بين الملف

أهم التطبيقات على الحث المتبادل  :   المحول الكهربى

ويلاحظ أنه :-

أ- عند لحظة غلق المفتاح لا ينحرف المؤشر إلى قيمته العظمى
مباشرة لتولد قوة دافعة كهربية عكسية بالحث الذاتى .

التفسير :

عند مرور تيار الصادرمن البطارية فى اللفة الأولى فإنه يتولد فيها
مجال مغناطيسى يقطع اللفات المجاورة فيتولد فيها تيار مستحث عكسى يقاوم التغير الحادث .
ب- عند لحظة فتح المفتاح لا يصل المؤشر إلى الصفر مباشرة لتولد قوة
دافعة كهربية طردية بالحث الذاتى وقد تحدث شرارة كهربية عند موضع فتح الدائرة(المفتاح) .

التفسير

عند انقطاع التيارالكهربى فى دائرة الملف يؤدى الى تلاشى المجال المغناطيسى للفات فيتغير المعدل الزمنى الذى تقطع به كل لفه خطوط الفيض فتتولد فيها قوة دافعة كهربية مستحثة وتيار مستحث  طردى يكون اتجاهه فى نفس اتجاه التيار الأصلى

تجربة الحث الذاتى

س فى الشكل المقابل ماذا يحدث عند:-
1- عند لحظة غلق المفتاح .
2- عند لحظة فتح المفتاح .

الحل :-

1- لا يتوهج المصباح لتولد قوة دافعة كهربية عكسية بالحث الذاتى لاتستطيع أن تؤين غاز النيون داخل المصباح
2- يضىء المصباح لحظيا لتولد قوة دافعة كهربية طردية بالحث الذاتى تستطيع أن تؤين غاز النيون داخل المصباح وقد تتولد شرارة كهربية عند موضع القطع وذلك لأن القوة الدافعة الكهربية الطردية تستطيع أن تؤين الهواء عند موضع القطع عند المفتاح.

ملحوظة  

يحتاج مصباح النيون إلى جهد مقداره  180  فولت لكى يتوهج
لذلك فإن
1-   emf الطردية أكبر من أو تساوى 180   فولت لذلك عملت على إضاءة المصباح .
2- emf العكسية  أقل من 180   فولت لذلك لم تستطع إضاءة المصباح .

كيف يعمل مصباح الفلورسنت؟

يتم تفريغ الطاقة المغناطيسية المختزنة فى الملف فى أنبوبة مفرغة من الهواء والتى بها غاز خامل
تتصادم ذرات الغاز الخامل مع بعضها مما يؤدى إلى تأينها
تتصادم الأيونات مع سطح الأنبوبة الداخلى والمطلى بالمادة الفلورسية مما يؤدى إلى انبعاث الضوء المرئى

ملحوظة

ينعدم الحث الذاتى لملف عندما يلف لفا مزدوجا (علل)
حيث يلغى الحث الناتج عن مرور التيار الكهربى فى أى لفة الحث الناتج عن مروره فى اللفة المجاورة

من تطبيقات الحث الكهرومغناطيسى

1- ملف رومكورف والذى يستخدم كملف إشعال فى آلات الاحتراق الداخلى كالسيارات.

التيارات الدوامية

هى تيارات كهربية مستحثة تتولد فى قطعة معدنية نتيجة قطعها لفيض متغير

أضرارها :-

1- فقد جزء من الطاقة الكهربية على شكل طاقة حرارية .
2- ارتفاع درجة الحرارة يؤدى إلى انصهار المادة العازلة للأسلاك وحدوث ماس كهربائى.

فوائدها :-

صهر المعادن باستخدام  فرن الحث