في المولد الكهربائي أكبر قيمة للتيار الناتج عندما تكون الحلقة ، يصف قانون فاراداي للحث كيف ينتج تيار كهربائي مجالًا مغناطيسيًا ، وعلى العكس من ذلك ، كيف يولد مجال مغناطيسي متغير تيارًا كهربائيًا في موصل. حصل الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي على الفضل في اكتشاف الحث المغناطيسي في عام 1830 ؛ ومع ذلك ، قام الفيزيائي الأمريكي ، جوزيف هنري ، بنفس الاكتشاف بشكل مستقل في نفس الوقت تقريبًا ، وفقًا لجامعة تكساس ، عروس يقدم لك جواب سؤال في المولد الكهربائي أكبر قيمة للتيار الناتج عندما تكون الحلقة.

في المولد الكهربائي أكبر قيمة للتيار الناتج عندما تكون الحلقة

الشحنة الكهربائية هي خاصية أساسية للمادة ، وفقًا لمعهد روتشستر للتكنولوجيا . على الرغم من صعوبة وصف ما هو عليه في الواقع ، إلا أننا نعرف تمامًا كيف يتصرف ويتفاعل مع الشحنات والمجالات الأخرى. وفقًا لسيريف أوران ، أستاذ الفيزياء في جامعة ولاية بيتسبرج ، فإن المجال الكهربائي من شحنة نقطية بسيط نسبيًا. يصفها بأنها تشع بالتساوي في جميع الاتجاهات ، مثل الضوء من مصباح كهربائي ، وتتناقص شدتها كمربع معكوس للمسافة (1 / r 2 ) ، وفقًا لقانون كولوم.. عندما تتحرك بعيدًا بمقدار الضعف ، تنخفض شدة المجال إلى الربع ، وعندما تتحرك بعيدًا بمقدار ثلاث مرات ، تنخفض إلى التاسعة.
البروتونات لها شحنة موجبة ، بينما الإلكترونات لها شحنة سالبة. ومع ذلك ، يتم تجميد البروتونات في الغالب داخل نوى الذرة ، لذا فإن مهمة نقل الشحنة من مكان إلى آخر يتم التعامل معها بواسطة الإلكترونات. تتمتع الإلكترونات الموجودة في مادة موصلة مثل المعدن بحرية الانتقال من ذرة إلى أخرى على طول نطاقات التوصيل الخاصة بها ، وهي أعلى مدارات إلكترونية. تنتج القوة الدافعة الكهربية الكافية (emf) ، أو الجهد الكهربي ، خللاً في الشحنة يمكن أن يتسبب في انتقال الإلكترونات عبر موصل من منطقة ذات شحنة سالبة إلى منطقة ذات شحنة موجبة أكثر. هذه الحركة هي ما نعتبره تيارًا كهربائيًا.

المغناطيسية

لفهم قانون فاراداي للحث ، من المهم أن يكون لديك فهم أساسي للمجالات المغناطيسية. بالمقارنة مع المجال الكهربائي ، فإن المجال المغناطيسي أكثر تعقيدًا. في حين أن الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة يمكن أن توجد بشكل منفصل ، فإن الأقطاب المغناطيسية تأتي دائمًا في أزواج - أحدهما شمال والآخر جنوبي ، وفقًا لجامعة ولاية سان خوسيه. عادةً ما تكون المغناطيسات من جميع الأحجام - من الجسيمات دون الذرية إلى المغناطيسات ذات الحجم الصناعي إلى الكواكب والنجوم - ثنائية القطب ، مما يعني أن لكل منها قطبين. نسمي هذين القطبين الشمال والجنوب بعد الاتجاه الذي تشير إليه إبر البوصلة. من المثير للاهتمام ، نظرًا لأن الأقطاب المتقابلة تجتذب ، ومثل الأقطاب تتنافر ، فإن القطب الشمالي المغناطيسي للأرض هو في الواقع قطب مغناطيسي جنوبي لأنه يجذب الأقطاب الشمالية لإبر البوصلة.
غالبًا ما يتم تصوير المجال المغناطيسي على أنه خطوط تدفق مغناطيسي . في حالة وجود قضيب مغناطيسي ، تخرج خطوط التدفق من القطب الشمالي وتنحني حولها لإعادة الدخول في القطب الجنوبي. في هذا النموذج ، يمثل عدد خطوط التدفق التي تمر عبر سطح معين في الفضاء كثافة التدفق ، أو قوة المجال. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن هذا مجرد نموذج. المجال المغناطيسي سلس ومستمر ولا يتكون في الواقع من خطوط منفصلة.

خطوط المجال المغناطيسي من قضيب مغناطيسي

ينتج المجال المغناطيسي للأرض كمية هائلة من التدفق المغناطيسي ، لكنه مشتت على مساحة هائلة من الفضاء. لذلك ، تمر كمية صغيرة فقط من التدفق عبر منطقة معينة ، مما يؤدي إلى مجال ضعيف نسبيًا. بالمقارنة ، يكون التدفق من مغناطيس الثلاجة صغيرًا مقارنةً بمغناطيس الأرض ، لكن شدة مجاله أقوى عدة مرات من مسافة قريبة حيث تكون خطوط التدفق أكثر كثافة. ومع ذلك ، سرعان ما يصبح الحقل أضعف بكثير كلما ابتعدت.
إذا قمنا بتشغيل تيار عبر حلقة سلكية في مجال مغناطيسي ، فإن تفاعل هذه المجالات المغناطيسية سيؤثر على قوة التواء ، أو عزم الدوران ، على الحلقة مما يؤدي إلى تدويرها ، وفقًا لمعهد روتشستر للتكنولوجيا . ومع ذلك ، سيتم تدويره فقط حتى الآن حتى تتم محاذاة المجالات المغناطيسية. إذا أردنا أن تستمر الحلقة في الدوران ، فعلينا عكس اتجاه التيار ، والذي سيعكس اتجاه المجال المغناطيسي من الحلقة. ستدور الحلقة بعد ذلك 180 درجة حتى يتم محاذاة حقلها في الاتجاه الآخر. هذا هو أساس المحرك الكهربائي.
بالمقابل ، إذا قمنا بتدوير حلقة سلكية في مجال مغناطيسي ، فإن الحقل سيحدث تيارًا كهربائيًا في السلك. سينعكس اتجاه التيار كل نصف دورة ، مما ينتج عنه تيار متردد . هذا هو أساس المولد الكهربائي. وتجدر الإشارة هنا إلى أنها ليست حركة السلك بل هي فتح وإغلاق الحلقة فيما يتعلق باتجاه المجال الذي يحث على التيار. عندما تكون الحلقة وجهاً لوجه للمجال ، فإن الحد الأقصى لمقدار التدفق يمر عبر الحلقة. ومع ذلك ، عند تشغيل الحلقة على الحافة إلى الحقل ، لا تمر أي خطوط تدفق عبر الحلقة. هذا التغيير في مقدار التدفق الذي يمر عبر الحلقة هو الذي يحفز التيار.
تجربة أخرى يمكننا إجراؤها هي تشكيل سلك في حلقة وربط الأطراف بمقياس تيار حساس ، أو مقياس جلفانومتر. إذا دفعنا قضيبًا مغناطيسيًا عبر الحلقة ، فستتحرك الإبرة في الجلفانومتر ، مما يشير إلى وجود تيار مستحث. ومع ذلك ، بمجرد إيقاف حركة المغناطيس ، يعود التيار إلى الصفر. لن يحفز المجال من المغناطيس تيارًا إلا عندما يتزايد أو يتناقص. إذا سحبنا المغناطيس للخارج ، فسيؤدي ذلك مرة أخرى إلى إحداث تيار في السلك ، لكن هذه المرة سيكون في الاتجاه المعاكس.

  • المغناطيس في حلقة سلكية متصلة بجلفانومتر

إذا وضعنا مصباحًا ضوئيًا في الدائرة ، فسيؤدي ذلك إلى تبديد الطاقة الكهربائية في شكل ضوء وحرارة ، وسنشعر بمقاومة حركة المغناطيس أثناء تحريكنا له داخل وخارج الحلقة. من أجل تحريك المغناطيس ، علينا القيام بعمل يعادل الطاقة التي يستخدمها المصباح الكهربائي.
في تجربة أخرى ، قد نبني حلقتين سلكيتين ، ونربط طرفي أحدهما ببطارية بمفتاح ، ونوصل طرفي الحلقة الأخرى بجلفانومتر. إذا وضعنا الحلقتين بالقرب من بعضهما البعض في اتجاه وجهاً لوجه ، وقمنا بتشغيل الطاقة إلى الحلقة الأولى ، فإن الجلفانومتر المتصل بالحلقة الثانية سيشير إلى تيار مستحث ثم يعود بسرعة إلى الصفر.
ما يحدث هنا هو أن التيار في الحلقة الأولى ينتج حقلاً مغناطيسيًا ، والذي بدوره يحث تيارًا في الحلقة الثانية ، ولكن فقط للحظة عندما يتغير المجال المغناطيسي. عندما تقوم بإيقاف تشغيل المفتاح ، سينحرف العداد للحظة في الاتجاه المعاكس. هذا مؤشر إضافي على أن التغيير في شدة المجال المغناطيسي ، وليس قوته أو حركته هو الذي يحفز التيار.
تفسير ذلك هو أن المجال المغناطيسي يتسبب في تحرك الإلكترونات في الموصل. هذه الحركة هي ما نعرفه بالتيار الكهربائي. في النهاية ، على الرغم من ذلك ، تصل الإلكترونات إلى نقطة تكون فيها في حالة توازن مع المجال ، وعند هذه النقطة ستتوقف عن الحركة. ثم عند إزالة الحقل أو إيقاف تشغيله ، ستعود الإلكترونات إلى موقعها الأصلي ، وتنتج تيارًا في الاتجاه المعاكس.