ونتيجة لهذا، يمكن تقليل التدفق المغناطيسي. التدفق المغناطيسي (زاريتسكي أ.ن.). العلاقة بين الحث الكهرومغناطيسي والتدفق المغناطيسي

كهربائيو المجالات المغناطيسيةيتم توليدها من نفس المصادر - الشحنات الكهربائية، لذلك يمكننا أن نفترض أن هناك اتصال معين بين هذه المجالات. وجد هذا الافتراض تأكيدًا تجريبيًا في عام 1831 في تجارب الفيزيائي الإنجليزي المتميز إم فاراداي. فتح ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.

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

• التدفق المغناطيسي

دائرة مغلقة موضوعة في مجال مغناطيسي منتظم

الخاصية الكمية لعملية تغير المجال المغناطيسي خلال حلقة مغلقة هي كمية فيزيائية تسمى التدفق المغناطيسي. التدفق المغناطيسي (F) عبر حلقة مغلقة بمساحة (S) هو كمية فيزيائية تساوي منتج حجم ناقل الحث المغناطيسي (B) على مساحة الحلقة (S) وجيب تمام الزاوية بينالمتجه B وطبيعي على السطح: Φ = BS cos α. وحدة التدفق المغناطيسي F - ويبر (Wb): 1 Wb = 1 T · 1 م2.

عمودي الحد الأقصى.

إذا كان ناقل الحث المغناطيسي موازيمنطقة الكفاف، ثم التدفق المغناطيسي يساوي الصفر.

• قانون الحث الكهرومغناطيسي

تم إنشاء قانون الحث الكهرومغناطيسي تجريبيًا: القوة الدافعة الكهربية المستحثة في دائرة مغلقة تساوي في الحجم معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده الدائرة: وتسمى هذه الصيغة قانون فاراداي .

إن العرض الكلاسيكي للقانون الأساسي للحث الكهرومغناطيسي هو تجربة فاراداي الأولى. في ذلك، كلما قمت بتحريك المغناطيس بشكل أسرع من خلال المنعطفات من الملف، كلما زاد التيار المستحث فيه، وبالتالي EMF المستحث.

• حكم لينز

تم إثبات اعتماد اتجاه التيار التعريفي على طبيعة التغير في المجال المغناطيسي من خلال حلقة مغلقة بشكل تجريبي في عام 1833 على يد الفيزيائي الروسي إ.ه. لينز. وفق حكم لينز ، فإن التيار المستحث الناشئ في دائرة مغلقة بمجالها المغناطيسي يقاوم التغير في التدفق المغناطيسي الذي يحدث به مُسَمًّى.وبإيجاز أكثر يمكن صياغة هذه القاعدة على النحو التالي: يتم توجيه التيار المستحث لمنع ذلك السبب المسبب لذلك. تعكس قاعدة لينز الحقيقة التجريبية المتمثلة في أن لديهم دائمًا إشارات معاكسة (مطروحًا منها تسجيل الدخول). صيغة فاراداي).

صمم لينز جهازًا يتكون من حلقتين من الألومنيوم، مصمتتين ومقطعتين، مثبتتين على عارضة من الألومنيوم. يمكن أن تدور حول محور مثل الروك. عندما تم إدخال مغناطيس في حلقة صلبة، بدأ "بالهرب" من المغناطيس، مما أدى إلى تدوير الذراع المتأرجح وفقًا لذلك. عندما تمت إزالة المغناطيس من الحلقة، حاول "اللحاق" بالمغناطيس. عندما تحرك المغناطيس داخل حلقة القطع، لم تحدث أي حركة. وأوضح لينز التجربة بحقيقة أن المجال المغناطيسي للتيار المستحث يسعى إلى تعويض التغير في التدفق المغناطيسي الخارجي.

قاعدة لينز لها معنى مادي عميق - إنها تعبر قانون الحفاظ على الطاقة.

إذا كانت هناك دائرة موصلة مغلقة في مجال مغناطيسي لا تحتوي على مصادر تيار، فعندما يتغير المجال المغناطيسي، يظهر تيار كهربائي في الدائرة. وتسمى هذه الظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. يشير ظهور التيار إلى وجود مجال كهربائي في الدائرة، والذي يمكن أن يوفر حركة مغلقة للشحنات الكهربائية، أو بمعنى آخر، حدوث emf. المجال الكهربائي الذي ينشأ عندما يتغير المجال المغناطيسي والذي لا يكون عمله عند تحريك الشحنات على طول دائرة مغلقة صفراً، له خطوط قوة مغلقة ويسمى بالمجال الدوامي.

لوصف الحث الكهرومغناطيسي كميًا، تم تقديم مفهوم التدفق المغناطيسي (أو تدفق ناقل الحث المغناطيسي) من خلال حلقة مغلقة. بالنسبة للكفاف المسطح الموجود في مجال مغناطيسي موحد (ومثل هذه المواقف فقط يمكن أن يواجهها تلاميذ المدارس في امتحان الحالة الموحدة)، يتم تعريف التدفق المغناطيسي على أنه

أين هو تحريض المجال، هي منطقة الكفاف، هي الزاوية بين متجه الحث والعمودي (المتعامد) على المستوى الكفافي (انظر الشكل؛ يظهر العمودي على المستوى الكفافي بخط منقط). وحدة التدفق المغناطيسي في النظام الدولي لوحدات القياس SI هي Weber (Wb)، والتي يتم تعريفها على أنها التدفق المغناطيسي عبر كفاف مساحة 1 م 2 من مجال مغناطيسي منتظم مع تحريض 1 T عمودي على مستوى الكفاف.

إن مقدار القوة الدافعة الكهربية المستحثة التي تحدث في الدائرة عندما يتغير التدفق المغناطيسي عبر هذه الدائرة يساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي

هنا هو التغير في التدفق المغناطيسي عبر الدائرة خلال فترة زمنية قصيرة. من الخصائص المهمة لقانون الحث الكهرومغناطيسي (23.2) شموليته فيما يتعلق بأسباب التغيرات في التدفق المغناطيسي: يمكن أن يتغير التدفق المغناطيسي عبر الدائرة بسبب التغير في تحريض المجال المغناطيسي، والتغير في منطقة الدائرة أو تغير في الزاوية بين ناقل الحث والعادي، والذي يحدث عندما تدور الدائرة في المجال. في جميع هذه الحالات، وفقاً للقانون (23.2)، ستظهر قوة دافعة مستحثة وتيار مستحث في الدائرة.

علامة الطرح في الصيغة (23.2) هي "المسؤولة" عن اتجاه التيار الناتج عن الحث الكهرومغناطيسي (قاعدة لينز). ومع ذلك، ليس من السهل أن نفهم بلغة القانون (23.2) إلى أي اتجاه ستؤدي هذه العلامة إلى تيار الحث مع تغيير معين في التدفق المغناطيسي عبر الدائرة. ولكن من السهل جدًا تذكر النتيجة: سيتم توجيه التيار المستحث بحيث "يميل" المجال المغناطيسي الذي ينشئه إلى التعويض عن التغير في المجال المغناطيسي الخارجي الذي ولد هذا التيار. على سبيل المثال، عندما يزداد تدفق مجال مغناطيسي خارجي عبر دائرة، سيظهر فيها تيار مستحث، حيث سيتم توجيه مجالها المغناطيسي عكس المجال المغناطيسي الخارجي وذلك لتقليل المجال الخارجي وبالتالي الحفاظ على المجال الأصلي قيمة المجال المغناطيسي. عندما يتناقص تدفق المجال عبر الدائرة، سيتم توجيه المجال الحالي المستحث بنفس طريقة المجال المغناطيسي الخارجي.

إذا تغير التيار في دائرة ذات تيار لسبب ما، فإن التدفق المغناطيسي عبر دائرة المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة هذا التيار نفسه يتغير أيضًا. ثم، وفقا للقانون (23.2)، يجب أن تظهر قوة دافعة مستحثة في الدائرة. تسمى ظاهرة حدوث القوى الدافعة الكهربية المستحثة في بعض الدوائر الكهربائية نتيجة تغير التيار في هذه الدائرة نفسها بالحث الذاتي. للعثور على القوة الدافعة الكهربية الحثية الذاتية في دائرة كهربائية معينة، من الضروري حساب تدفق المجال المغناطيسي الناتج عن هذه الدائرة من خلال نفسها. مثل هذا الحساب يمثل مشكلة صعبة بسبب عدم تجانس المجال المغناطيسي. ومع ذلك، فإن إحدى خصائص هذا التدفق واضحة. بما أن المجال المغناطيسي الناتج عن التيار في الدائرة يتناسب مع شدة التيار، فإن التدفق المغناطيسي للمجال الخاص عبر الدائرة يتناسب مع التيار في هذه الدائرة

أين هي القوة الحالية في الدائرة، هو معامل التناسب الذي يميز "هندسة" الدائرة، لكنه لا يعتمد على التيار فيها ويسمى محاثة هذه الدائرة. وحدة الحث في SI هي هنري (H). يتم تعريف 1 H على أنها محاثة مثل هذه الدائرة، والتدفق التعريفي للمجال المغناطيسي الخاص بها والذي من خلاله يساوي 1 Wb مع قوة تيار قدرها 1 A. مع الأخذ في الاعتبار تعريف الحث (23.3) من قانون الكهرومغناطيسي الحث (23.2)، نحصل على EMF الحث الذاتي

بسبب ظاهرة الحث الذاتي، فإن التيار في أي دائرة كهربائية له "قصور ذاتي" معين، وبالتالي طاقة. في الواقع، لإنشاء تيار في الدائرة، من الضروري بذل جهد للتغلب على المجال الكهرومغناطيسي ذاتي الحث. طاقة الدائرة الحالية تساوي هذا العمل. من الضروري أن نتذكر صيغة طاقة الدائرة الحالية

أين محاثة الدائرة، هي القوة الحالية فيها.

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

دعونا الآن نفكر في المهام.

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

كما جاء في مقدمة هذا الفصل، فإن ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي تكمن وراء تشغيل مولد التيار المتردد ( المشكلة 23.1.2)، أي. جهاز يولد تيارًا مترددًا بتردد معين (الإجابة 2 ).

يتناقص تحريض المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم مع زيادة المسافة إليه. لذلك، عندما يقترب المغناطيس من الحلقة ( المشكلة 23.1.3) يتغير تدفق المجال المغناطيسي للمغناطيس عبر الحلقة، ويظهر تيار مستحث في الحلقة. من الواضح أن هذا سيحدث عندما يقترب المغناطيس من الحلقة مع القطبين الشمالي والجنوبي. لكن اتجاه التيار التحريضي في هذه الحالات سيكون مختلفا. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عندما يقترب المغناطيس من الحلقة بأقطاب مختلفة، فإن المجال الموجود في مستوى الحلقة في إحدى الحالات سيتم توجيهه عكس المجال في الحالة الأخرى. ولذلك، للتعويض عن هذه التغيرات في المجال الخارجي، يجب توجيه المجال المغناطيسي للتيار المستحث بشكل مختلف في هذه الحالات. ولذلك فإن اتجاهات التيارات الحثية في الحلقة ستكون معاكسة (الإجابة 4 ).

لكي تحدث القوة الدافعة الكهربية المستحثة في الحلقة، من الضروري أن يتغير التدفق المغناطيسي عبر الحلقة. وبما أن الحث المغناطيسي لمجال المغناطيس يعتمد على المسافة إليه، فإنه في الاعتبار المشكلة 23.1.4في هذه الحالة، سيتغير التدفق خلال الحلقة، وسينشأ تيار مستحث في الحلقة (الإجابة 1 ).

عند تدوير الإطار 1 ( المشكلة 23.1.5) الزاوية بين خطوط الحث المغناطيسي (وبالتالي ناقل الحث) ومستوى الإطار في أي وقت هي صفر. وبالتالي، فإن التدفق المغناطيسي عبر الإطار 1 لا يتغير (انظر الصيغة (23.1))، ولا ينشأ فيه التيار المستحث. في الإطار 2، سينشأ تيار تحريضي: في الموضع الموضح في الشكل، يكون التدفق المغناطيسي خلاله مساويًا للصفر، عندما يدور الإطار ربع دورة، سيكون مساويًا لـ حيث الحث والمساحة من الإطار. وبعد ربع دورة آخر، سيكون التدفق صفرًا مرة أخرى، وما إلى ذلك. ولذلك فإن تدفق الحث المغناطيسي خلال الإطار 2 يتغير أثناء دورانه، وبالتالي يظهر فيه تيار مستحث (الإجابة 2 ).

في المشكلة 23.1.6يحدث التيار المستحث فقط في الحالة 2 (الإجابة 2 ). في الواقع، في الحالة 1، يظل الإطار عند التحرك على نفس المسافة من الموصل، وبالتالي، لا يتغير المجال المغناطيسي الناتج عن هذا الموصل في مستوى الإطار. عندما يتحرك الإطار بعيدًا عن الموصل، يتغير الحث المغناطيسي لمجال الموصل في منطقة الإطار، ويتغير التدفق المغناطيسي عبر الإطار، ويظهر تيار مستحث

ينص قانون الحث الكهرومغناطيسي على أن التيار المستحث سوف يتدفق في الحلقة في الأوقات التي يتغير فيها التدفق المغناطيسي عبر الحلقة. لذلك، بينما يكون المغناطيس في حالة سكون بالقرب من الحلقة ( المشكلة 23.1.7) لن يتدفق أي تيار مستحث في الحلقة. ولذلك فإن الإجابة الصحيحة في هذه المشكلة هي 2 .

وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي (23.2)، يتم تحديد القوة الدافعة الكهربية المستحثة في الإطار بمعدل تغير التدفق المغناطيسي عبره. ومنذ بشرط المشاكل 23.1.8يتغير تحريض المجال المغناطيسي في منطقة الإطار بشكل موحد، ومعدل تغيره ثابت، ولا تتغير قيمة القوة الدافعة الكهربية المستحثة أثناء التجربة (الإجابة 3 ).

في المشكلة 23.1.9إن القوة الدافعة الكهربية المستحثة التي تحدث في الإطار في الحالة الثانية أكبر بأربع مرات من القوة الدافعة الكهربية المستحثة التي تحدث في الحالة الأولى (الإجابة 4 ). ويرجع ذلك إلى زيادة مساحة الإطار بمقدار أربعة أضعاف وبالتالي التدفق المغناطيسي من خلاله في الحالة الثانية.

في المهمة 23.1.10وفي الحالة الثانية، يتضاعف معدل تغير التدفق المغناطيسي (يتغير تحريض المجال بنفس المقدار، ولكن في نصف الوقت). ولذلك، فإن القوة الدافعة الكهربية للحث الكهرومغناطيسي التي تحدث في الإطار في الحالة الثانية تكون ضعف حجمها في الحالة الأولى (الإجابة 1 ).

عندما يتضاعف التيار المار في موصل مغلق ( المشكلة 23.2.1)، فإن حجم تحريض المجال المغناطيسي سوف يتضاعف عند كل نقطة في الفضاء دون تغيير الاتجاه. لذلك، فإن التدفق المغناطيسي عبر أي منطقة صغيرة، وبالتالي، سيتغير الموصل بأكمله مرتين بالضبط (الإجابة 1 ). لكن نسبة التدفق المغناطيسي خلال الموصل إلى التيار المار في هذا الموصل، والتي تمثل محاثة الموصل ولن يتغير ( المشكلة 23.2.2- إجابة 3 ).

وباستخدام الصيغة (23.3) نجد في المشكلة 32.2.3ج.ن (الإجابة 4 ).

العلاقة بين وحدات التدفق المغناطيسي والحث المغناطيسي والمحاثة ( المشكلة 23.2.4) يتبع من تعريف الحث (23.3): وحدة التدفق المغناطيسي (Wb) تساوي منتج وحدة التيار (A) بوحدة الحث (H) - الإجابة 3 .

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

عندما يدور الإطار في مجال مغناطيسي منتظم، يتغير التدفق المغناطيسي عبر الإطار بسبب تغير الزاوية بين العمودي على مستوى الإطار ومتجه تحريض المجال المغناطيسي. وبما أنه في الحالتين الأولى والثانية المشكلة 23.2.6تتغير هذه الزاوية وفقًا لنفس القانون (وفقًا للشرط، يكون تردد دوران الإطارات هو نفسه)، ثم تتغير القوة الدافعة الكهربية المستحثة وفقًا لنفس القانون، وبالتالي نسبة قيم السعة إن القوة الدافعة الكهربية المستحثة داخل الإطار تساوي الوحدة (الإجابة 2 ).

المجال المغناطيسي الناتج عن موصل يحمل تيارًا في منطقة الإطار ( المشكلة 23.2.7) موجهة "من عندنا" (انظر حلول المشكلات في الفصل 22). سوف يتناقص حجم تحريض السلك في منطقة الإطار أثناء تحركه بعيدًا عن السلك. لذلك، فإن التيار المستحث في الإطار يجب أن يخلق مجالًا مغناطيسيًا موجهًا داخل الإطار "بعيدًا عنا". باستخدام قاعدة الثقب الآن لإيجاد اتجاه الحث المغناطيسي، نستنتج أن التيار المستحث في الإطار سيتم توجيهه في اتجاه عقارب الساعة (الإجابة 1 ).

مع زيادة التيار في السلك، سيزداد المجال المغناطيسي الذي يولده وسيظهر تيار مستحث في الإطار ( المشكلة 23.2.8). ونتيجة لذلك، سيكون هناك تفاعل بين التيار التحريضي في الإطار والتيار في الموصل. للعثور على اتجاه هذا التفاعل (الجذب أو التنافر)، يمكنك العثور على اتجاه التيار التحريضي، ومن ثم باستخدام صيغة أمبير، قوة التفاعل بين الإطار والسلك. ولكن يمكنك القيام بذلك بشكل مختلف باستخدام قاعدة لينز. يجب أن يكون لجميع الظواهر الاستقرائية اتجاه يعوض السبب الذي يسببها. وبما أن السبب هو زيادة التيار في الإطار، فإن قوة التفاعل بين التيار التحريضي والسلك يجب أن تميل إلى تقليل التدفق المغناطيسي لمجال السلك عبر الإطار. وبما أن الحث المغناطيسي لمجال السلك يتناقص مع زيادة المسافة إليه، فإن هذه القوة ستدفع الإطار بعيدًا عن السلك (الإجابة 2 ). إذا انخفض التيار المار في السلك، سينجذب الإطار إلى السلك.

المشكلة 23.2.9ويرتبط أيضًا باتجاه ظاهرة الحث وقاعدة لينز. عندما يقترب المغناطيس من حلقة موصلة، سينشأ فيها تيار مستحث، وسيكون اتجاهه بحيث يعوض السبب الذي أدى إلى ذلك. وبما أن هذا السبب هو اقتراب المغناطيس فإن الخاتم سينفر منه (الجواب 2 ). إذا تم نقل المغناطيس بعيدًا عن الحلقة، فللأسباب نفسها سينشأ انجذاب للحلقة إلى المغناطيس.

المشكلة 23.2.10هي المشكلة الحسابية الوحيدة في هذا الفصل. للعثور على القوة الدافعة الكهربية المستحثة، عليك إيجاد التغير في التدفق المغناطيسي عبر الدائرة . يمكن القيام به على هذا النحو. دع القافز في وقت ما يكون في الوضع الموضح في الشكل، واترك فترة زمنية صغيرة تمر. خلال هذه الفترة الزمنية، سوف يتحرك القافز بمقدار مقدار ما. سيؤدي ذلك إلى زيادة في منطقة الكفاف بالمبلغ . ولذلك، فإن التغير في التدفق المغناطيسي عبر الدائرة سيكون مساوياً وحجم القوة الدافعة الكهربية المستحثة (إجابة 4 ).

لقد تمت ملاحظة العلاقة بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية لفترة طويلة جدًا. تم اكتشاف هذا الارتباط في القرن التاسع عشر على يد الفيزيائي الإنجليزي فاراداي وأعطاه اسمه. يظهر في اللحظة التي يخترق فيها التدفق المغناطيسي سطح الدائرة المغلقة. وبعد حدوث تغير في التدفق المغناطيسي لفترة معينة، يظهر تيار كهربائي في هذه الدائرة.

العلاقة بين الحث الكهرومغناطيسي والتدفق المغناطيسي

ينعكس جوهر التدفق المغناطيسي في الصيغة المعروفة: Ф = BS cos α. فيه، F هو التدفق المغناطيسي، S هو سطح الكفاف (المنطقة)، B هو ناقل الحث المغناطيسي. تتشكل الزاوية α بسبب اتجاه ناقل الحث المغناطيسي والوضع الطبيعي على سطح الدائرة. ويترتب على ذلك أن التدفق المغناطيسي سيصل إلى الحد الأقصى عند cos α = 1، والحد الأدنى عند cos α = 0.

في الخيار الثاني، سيكون المتجه B عموديًا على العمودي. اتضح أن خطوط التدفق لا تتقاطع مع الكفاف، ولكنها تنزلق فقط على طول مستواها. وبالتالي، سيتم تحديد الخصائص من خلال خطوط المتجه B التي تتقاطع مع سطح الكفاف. بالنسبة للحسابات، يتم استخدام الفيبر كوحدة قياس: 1 wb = 1v x 1s (فولت-ثانية). وحدة قياس أخرى أصغر هي ماكسويل (μs). وهي: 1 vb = 108 μs، أي 1 μs = 10-8 vb.

في بحث فاراداي، تم استخدام سلكين حلزونيين معزولين عن بعضهما البعض ووضعهما على ملف خشبي. كان أحدهما متصلاً بمصدر للطاقة والآخر بالجلفانومتر المصمم لتسجيل التيارات الصغيرة. في اللحظة التي أغلقت فيها الدائرة الحلزونية الأصلية وانفتحت، في الدائرة الأخرى انحرف سهم جهاز القياس.

إجراء البحوث حول ظاهرة الحث

في السلسلة الأولى من التجارب، أدخل مايكل فاراداي قضيبًا معدنيًا ممغنطًا في ملف متصل بتيار، ثم أخرجه (الشكل 1، 2).

1 2

عند وضع مغناطيس في ملف متصل بجهاز قياس، يبدأ تيار مستحث بالتدفق في الدائرة. إذا تمت إزالة الشريط المغناطيسي من الملف، فإن التيار المستحث لا يزال يظهر، ولكن اتجاهه يصبح عكس ذلك. ونتيجة لذلك، فإن معلمات التيار التحريضي سوف تتغير في اتجاه حركة الشريط واعتمادا على القطب الذي يتم وضعه في الملف. تتأثر القوة الحالية بسرعة حركة المغناطيس.

تؤكد السلسلة الثانية من التجارب الظاهرة التي يتسبب فيها التيار المتغير في أحد الملفات في حدوث تيار مستحث في ملف آخر (الشكل 3، 4، 5). يحدث هذا عندما تغلق الدائرة وتفتح. يعتمد اتجاه التيار على ما إذا كانت الدائرة الكهربائية مغلقة أم مفتوحة. بالإضافة إلى ذلك، هذه الإجراءات ليست أكثر من طرق لتغيير التدفق المغناطيسي. عندما تكون الدائرة مغلقة، ستزداد، وعندما تفتح، ستنخفض، وتخترق الملف الأول في نفس الوقت.

3 4

5

نتيجة للتجارب، وجد أن حدوث تيار كهربائي داخل دائرة موصلة مغلقة لا يمكن تحقيقه إلا عند وضعها في مجال مغناطيسي متناوب. في هذه الحالة، يمكن أن يتغير التدفق بمرور الوقت بأي شكل من الأشكال.

يسمى التيار الكهربائي الذي يظهر تحت تأثير الحث الكهرومغناطيسي بالتحريض، على الرغم من أنه لن يكون تيارًا بالمعنى المقبول عمومًا. عند وضع دائرة مغلقة في مجال مغناطيسي، يتم توليد قوة دافعة ذات قيمة محددة، بدلاً من تيار يعتمد على مقاومات مختلفة.

تسمى هذه الظاهرة القوة الدافعة الكهربية المستحثة، والتي تنعكس بالصيغة: Eind = - ∆Ф/∆t. تتزامن قيمته مع معدل تغير التدفق المغناطيسي الذي يخترق سطح حلقة مغلقة مأخوذة بقيمة سالبة. الطرح الموجود في هذا التعبير هو انعكاس لقاعدة لينز.

قاعدة لينز للتدفق المغناطيسي

تم استخلاص القاعدة المعروفة بعد سلسلة من الدراسات في الثلاثينيات من القرن التاسع عشر. ويتم صياغتها على النحو التالي:

يؤثر اتجاه التيار التحريضي المثار في حلقة مغلقة بواسطة التدفق المغناطيسي المتغير على المجال المغناطيسي الذي ينشئه بطريقة تؤدي بدورها إلى خلق عائق أمام التدفق المغناطيسي مما يؤدي إلى ظهور التيار التحريضي.

عندما يزداد التدفق المغناطيسي، يصبح Ф > 0، وتتناقص القوة الدافعة الكهربية المستحثة وتصبح Eind< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.

إذا انخفض التدفق، فإن العملية العكسية تحدث عندما F< 0 и Еинд >0، أي عمل المجال المغناطيسي للتيار التعريفي، هناك زيادة في التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الدائرة.

المعنى الفيزيائي لقاعدة لينز هو عكس قانون الحفاظ على الطاقة، عندما تقل كمية ما، تزيد كمية أخرى، وعلى العكس من ذلك، عندما تزيد كمية واحدة، تنخفض الكمية الأخرى. هناك عوامل مختلفة تؤثر أيضًا على القوة الدافعة الكهربية المستحثة. عند إدخال مغناطيس قوي ومغناطيس ضعيف بالتناوب في الملف، سيظهر الجهاز وفقًا لذلك قيمة أعلى في الحالة الأولى، وقيمة أقل في الحالة الثانية. ويحدث نفس الشيء عندما تتغير سرعة المغناطيس.

يوضح الشكل المعروض كيفية تحديد اتجاه التيار التعريفي باستخدام قاعدة لينز. يتوافق اللون الأزرق مع خطوط المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم والدائم. وهي تقع في اتجاه القطبين من الشمال إلى الجنوب، وهي موجودة في كل مغناطيس.

يؤدي تغير التدفق المغناطيسي إلى ظهور تيار كهربائي حثي، يؤدي اتجاهه إلى مقاومة مجاله المغناطيسي، مما يمنع حدوث تغيرات في التدفق المغناطيسي. وفي هذا الصدد، يتم توجيه خطوط قوة المجال المغناطيسي للملف في الاتجاه المعاكس لخطوط قوة المغناطيس الدائم، حيث أن حركته تحدث في اتجاه هذا الملف.

لتحديد اتجاه التيار، استخدمه مع الخيط الأيمن. يجب أن يتم تثبيته بحيث يتزامن اتجاه حركته الانتقالية مع اتجاه خطوط الحث للملف. في هذه الحالة، سوف تتطابق اتجاهات التيار التعريفي ودوران مقبض الثقب.

في هذا الدرس سوف نتعرف على مفهوم جديد بالنسبة لنا وهو التدفق المغناطيسي وننظر في كيفية وصفه.

دعونا نتذكر أنه عندما تتغير معلمات المجال المغناطيسي بالقرب من موصل مغلق، ينشأ تيار فيه. ويسمى هذا التيار بالتيار التحريضي، وتسمى هذه الظاهرة بظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.

ومع ذلك، يبقى السؤال ما هي معلمات المجال المغناطيسي المحددة التي نحتاجها للحصول على هذا التأثير. أولاً، لنجري تجربة:

لتنفيذها نحتاج: ملف به عدد كبير من اللفات ومقياس التيار متصل به. أثناء التجربة، انتبه إلى سلوك إبرة مقياس التيار الكهربائي (الشكل 1).

أرز. 1. تجارب فاراداي

كما نرى، عند خفض وإزالة مغناطيس الشريط من الملف، يتم تشكيل تيار تحريضي فيه.

دعونا نحلل أي تغيير محدد في المعلمة أدى إلى التأثير الملحوظ. ومع اقتراب المغناطيس من الملف وابتعاده عنه، تتغير قوة المجال المغناطيسي فيه.

وبالتالي فإن الكمية التي تؤثر على تكوين التيار التحريضي في الملف هي قوة المجال المغناطيسي.

دعونا نتذكر أنه يوصف بكمية مثل الحث المغناطيسي. وهو ناقل ويتم تعيينه وقياسه بـ T.

يتم ضغط حلقة سلكية مغلقة موضوعة بشكل عمودي على المجال المغناطيسي من عدة جوانب بحيث يتغير شكلها (الشكل 2).

أرز. 2. رسم توضيحي للتجربة

في هذه الحالة، أثناء عملية التشوه، ينشأ تيار تحريضي في الحلقة. ماذا تغيرنا هذه المرة؟

الآن تغيرت مساحة الحلقة. بالطبع، بدلا من الحلبة، يمكنك تجربة أي موصل مغلق.

الدائرة عبارة عن موصل مغلق (الشكل 3).

أرز. 3. الكفاف

أرز. 4. مولد

عناصرها الرئيسية هي (الشكل 4):

• ملف يمكن أن يدور حول محوره؛
• مغناطيس دائم مثبت حول الملف.

عندما يدور الملف في مجال مغناطيسي، يمكنك أن ترى أن المصباح الكهربائي يضيء (أي يظهر تيار تحريضي في الدائرة).

من هذه التجربة يمكننا أن نستنتج أن ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي تتجلى أيضًا عندما يتم تدوير ملف أو إطار موصل في مجال مغناطيسي (الشكل 5)، أي عندما تتغير الزاوية بين الخطوط المغناطيسية ومستوى الموصل.

أرز. 5. رسم توضيحي للتجربة

جميع المعلمات الثلاثة، التغييرات التي تؤثر على حجم التيار التحريضي، متحدة بكمية فيزيائية تسمى التدفق المغناطيسي.

في -وحدة تحريض المجال المغناطيسي

س- منطقة الكنتور

يميز موقع المستوى الكنتوري بالنسبة للخط المغناطيسي.

يتم قياس التدفق المغناطيسي بوحدة ويبر (Wb) ويُشار إليه بالحرف ف.

وبالتالي فإن التدفق المغناطيسي يتناسب مع معامل الحث المغناطيسي للمجال ومساحة الدائرة ويعتمد على موقع مستوى الدائرة بالنسبة للخط المغناطيسي.

مشكلة لتحليل معلمات التدفق المغناطيسي

من أجل معرفة كيفية استخلاص استنتاجات حول التغيرات في التدفق المغناطيسي في عناصر الدوائر الكهربائية المختلفة، والتي يمكن أن تؤدي إلى وجود تيارات تحريضية غير مرغوب فيها، فكر في المشكلة.

يتم توصيل ملف سلكي ذو قلب فولاذي بدائرة تيار مستمر على التوالي باستخدام مقاومة متغيرة ومفتاح (الشكل 6).

أرز. 6. رسم توضيحي للمشكلة

يخلق التيار الكهربائي المتدفق عبر فروع الملف مجالًا مغناطيسيًا في الفضاء المحيط به (الشكل 7). في مجال الملف يوجد نفس الملف.

أرز. 7. رسم توضيحي للمشكلة

كيف يمكنك تغيير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الملف؟ النظر في جميع الخيارات الممكنة.

دعونا نتذكر أي تغيير في المعلمات يؤدي إلى تغيير في التدفق المغناطيسي.

لنبدأ بتغيير تحريض المجال المغناطيسي للملف، ويمكن تحقيق ذلك عن طريق تغيير قوة التيار التي تولد مجاله المغناطيسي. يمكنك تغيير التيار في الدائرة الموضحة بطريقتين:

1. تحريك شريط التمرير المتغير

2. قم بتشغيل/إيقاف المفتاح

ومن الجدير بالذكر أن التغير في قيمة التيار سيكون أكبر من الحد الأقصى إلى الصفر، مما سيؤدي إلى أكبر تغيير في التدفق المغناطيسي في الملف.

المعلمة التالية التي ستؤثر على قيمة التدفق المغناطيسي هي مساحة الدائرة. في حالتنا، الملفات ولكن لا يمكننا تغيير مساحة المقطع العرضي للملف. ولذلك، يتم استبعاد الخيار.

الخيار الأخير لتغيير التدفق المغناطيسي هو تدوير الملف بالنسبة للخطوط المغناطيسية للملف. لتحقيق أقصى نتيجة للتغيير، تحتاج إلى تدوير الملف بمقدار 90 (الشكل 8).

أرز. 8. رسم توضيحي للمشكلة

ما هو وصف التدفق المغناطيسي؟

وكما أشرنا سابقاً فإن الأمر يعتمد على:

• من قوة المجال المغناطيسي
• من منطقة الدائرة التي تمر من خلالها هذه الخطوط المغناطيسية
• من زاوية الموقع بين الدائرة والخطوط المغناطيسية

هكذا، التدفق المغناطيسييميز عدد الخطوط المغناطيسية التي تخترق دائرة محدودة.

هذا سهل التحقق.

1. دعونا نقارن عدد الخطوط التي تخترق نفس الكفاف، ولكن في المجالات المغناطيسية ذات القوة المختلفة (الشكل 9).

في مجال أقوى، المزيد من الخطوط تخترق الكفاف.

أرز. 9. رسم توضيحي للمشكلة

2. إذا قارنا عدد الخطوط التي، في نفس المجال المغناطيسي الموحد، تخترق ملامح مناطق مختلفة، فمن الواضح أن هناك المزيد منها من خلال الكفاف الأكبر (الشكل 10).

أرز. 10. رسم توضيحي للمشكلة

3. إذا قارنا دوران الكفاف في المجال المغناطيسي بزاوية مع الخطوط المغناطيسية وموقعه على طول الخطوط، ففي الحالة الأولى سيكون عددهم عبر مستوى الكفاف هو الحد الأقصى. وفي الثانية، سوف تنزلق الخطوط المغناطيسية على طول الكفاف ولن تخترقه على الإطلاق (الشكل 11).

في هذه الأمثلة، عدد أكبر من الخطوط عبر الدائرة يتوافق مع تدفق مغناطيسي أكبر.

ونتيجة لذلك نلاحظ أنه بما أن حجم التيار التحريضي يعتمد على التغير في الحث المغناطيسي ومساحة الدائرة واتجاهها في الفضاء، فمن المعتاد القول أنه يعتمد على التغير في التدفق المغناطيسي .

بالإضافة إلى ذلك، أظهرت تجارب فاراداي أن معدل تغير التدفق المغناطيسي مهم. كلما قمت بتغيير هذه القيم بشكل أسرع، كلما زاد حجم التيار التحريضي.

وبالتالي يمكن القول بأن ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي تتميز بمعدل تغير التدفق المغناطيسي.

مهمة تحديد شروط حدوث التيار المستحث

ومن أجل فهم العلاقة بين التدفق المغناطيسي خلال الدائرة وظاهرة الحث الكهرومغناطيسي فيها، فكر في المشكلة:

يتم تحريك ملف صغير للأمام في مجال مغناطيسي منتظم. هل يحدث تيار مستحث في الملف؟ برر إجابتك.

أرز. 12. رسم توضيحي للمشكلة

قد يبدو أنه بسبب حركة الملف قد تكون هناك تغييرات، ونتيجة لذلك سيكون ظهور تيار تحريضي في المنعطفات (الشكل 12).

دعونا نتذكر أن الشرط الأساسي لحدوث التيار التعريفي هو التغير في التدفق المغناطيسي عبر لفات الملف. وهذا يتطلب تغييرا في الحث المغناطيسي من خلال دائرة الملف. ما لم يتم ملاحظته، لأنه حسب الحالة يكون المجال متجانسا.

بالإضافة إلى ذلك، من الممكن تغيير مساحة المقطع العرضي للملف، وهو ما لا يتم ملاحظته أيضًا.

الخيار الأخير الممكن هو تغيير زاوية دوران مستوى الملف إلى خطوط المجال المغناطيسي، والتي من الواضح أنها لا تحدث أيضًا، لأن الحركة انتقالية، مما يعني أنه لم يتم ملاحظة أي دوران للملف.

لذلك نستنتج أن التدفق المغناطيسي لن يتغير، وبالتالي لن يتشكل تيار تحريضي في لفات الملف أيضًا.

مقارنة التدفق المغناطيسي مع تدفق الماء

إن اسم الكمية الفيزيائية الجديدة للتدفق المغناطيسي الذي درسناه ليس من قبيل الصدفة. والحقيقة هي أن التدفق المغناطيسي عبر الدائرة يمكن مقارنته بتدفق الماء عبر حلقة موضوعة في الأنبوب (الشكل 13). (1)

كلما زادت سرعة الماء، زاد مروره عبر الحلقة لكل وحدة زمنية. (2)

كلما كانت مساحة الحلقة أكبر، كلما زاد تدفق المياه من خلالها في الوقت المرصود. (3)

إذا قمت بتدوير الحلقة بحيث يكون موضعها مستعرضًا لتدفق الماء، فسوف تتدفق أكبر كمية من الماء عبر مستوى الحلقة. (4)

إذا بدأت في تحويله بزاوية حادة للتدفق، فسوف يتدفق الماء أقل وأقل. (5)

أرز. 13. مقارنة التدفق المغناطيسي مع تدفق الماء

وعند الدوران على طول التدفق، لن يمر الماء عبر الحلقة على الإطلاق، بل سينزلق على طولها. (6)

لقد نظرنا في خصائص مماثلة للتدفق المغناطيسي.

شرحنا خلال الدرس معلمات المجال المغناطيسي والدائرة التي يجب تغييرها لملاحظة ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. لقد قمنا بدمج هذا في مفهوم "التدفق المغناطيسي".

مراجع

1. Aksenovich L. A. الفيزياء في المدرسة الثانوية: النظرية. المهام. الاختبارات: كتاب مدرسي. بدل للمؤسسات التي تقدم التعليم العام. البيئات، التعليم.
2. Yavorsky B.M.، Pinsky A.A.، أساسيات الفيزياء، المجلد 2.، - M. Fizmatlit.، 2003.
3. كتاب الفيزياء الابتدائي. إد. جي إس. لاندسبيرج، ت. 3. - م، 1974.

1. Festival.1september.ru ().
2. Nvtc.ee ().
3. Сlass-fizika.narod.ru ().

العمل في المنزل

1. ما الذي يحدد التدفق المغناطيسي الذي يخترق مساحة الدائرة المسطحة الموضوعة في مجال مغناطيسي منتظم؟
2. كيف يتغير التدفق المغناطيسي عندما يزيد الحث المغناطيسي n مرات إذا لم تتغير مساحة الدائرة ولا اتجاهها؟
3. هل يتغير التدفق المغناطيسي مع دوران الدائرة عندما تخترقها خطوط الحث المغناطيسي. ثم ينزلقون على طول مستواه؟

أسئلة.

1. ما الذي يحدد التدفق المغناطيسي الذي يخترق مساحة الدائرة المسطحة الموضوعة في مجال مغناطيسي منتظم؟

من متجه الحث المغناطيسي B، مساحة الدائرة S، واتجاهها.

2. كيف يتغير التدفق المغناطيسي عندما يزيد الحث المغناطيسي n مرات، إذا لم تتغير مساحة الدائرة ولا اتجاهها؟

يزيد بمقدار n مرات.

3. في أي اتجاه للدائرة بالنسبة لخطوط الحث المغناطيسي يكون التدفق المغناطيسي الذي يخترق مساحة هذه الدائرة هو الحد الأقصى؟ يساوي الصفر؟

يبلغ التدفق المغناطيسي الحد الأقصى إذا كان مستوى الدائرة متعامدًا مع خطوط الحث المغناطيسي ويكون صفرًا عندما يكون موازيًا.

4. هل يتغير التدفق المغناطيسي مع دوران الدائرة عندما تخترقها خطوط الحث المغناطيسي. ثم ينزلقون على طول مستواه؟

نعم. في حالة تغير زاوية ميل الخطوط المغناطيسية بالنسبة لمستوى الدائرة، يتغير التدفق المغناطيسي أيضًا.

تمارين.

1. يتم توصيل ملف سلكي K، ذو قلب فولاذي، بدائرة مصدر تيار مستمر على التوالي باستخدام مقاومة متغيرة R ومفتاح K (الشكل 125). يخلق التيار الكهربائي الذي يتدفق عبر لفات الملف K1 مجالًا مغناطيسيًا في الفضاء المحيط به. في مجال الملف K 1 يوجد نفس الملف K 2. كيف يمكنك تغيير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الملف K2؟ النظر في جميع الخيارات الممكنة.

يمكن تغيير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الملف K 2: 1) عن طريق تغيير القوة الحالية باستخدام مقاومة متغيرة؛ 2) عن طريق إغلاق وفتح المفتاح؛ 3) تغيير اتجاه الملف K2.