مهندسة تقنية
أتمتة صناعية, كلية الهندسة التقنية

بدايةً، يجب أن تعرف أن قوانين فارادي تشرح مبدأ عمل المحولات والمحركات والمولّدات والمحرّضات، وسُميت بقوانين فاراداي نسبةً إلى العالِم مايكل فاراداي الذي أجرى تجربة المغناطيس والملف؛ ليكتشف كيف يتم حثّ القوة الدافعة الكهربائية Electromotive Force واختصارًا EMF، في ملف ما؛ عندما يتم تحريض هذا الملف.

قوانين فاراداي للتحريض الكهرومغناطيسي (يُشار إليها اختصارًا بقوانين فاراداي)، وهي قانونان؛ القانون الأول والقانون الثاني. في البداية، لنعرّف قانون فاراداي للتحريض الكهرومغناطبسي، وهو قانون أساسي للكهرومغناطيسية، يبين كيف يتصرف المجال المغناطيسي مع دارة كهربائية وذلك لإنتاج قوة حركية كهربائية EMF، وتُعرف هذه الظاهرة بالحثّ الكهرومغناطيسي.

انظر إلى الصورة أدناه، والتي تبيّن تجربة فاراداي، إذ يأخذ فارادي مغناطيسًا وملفًا ويربط الملف بمقياس جلفانومتر. في البداية، يكون المغناطيس في حالة راحة، لذلك لا ينحرف مؤشر الجلفانومتر (يبقى في وضع الصفر)، أما عند تحريك المغناطيس باتجاه الملف؛ ينحرف المؤشر باتجاه واحد.

عندما نثبّت المغناطيس بعد تقريبه، يرجع المؤشر إلى وضع الصفر. الآن، إذا حركنا المغناطيس بعيدًا عن الملف، تنحرف أبرة المؤشر قليلًا ولكن في الاتجاه المعاكس، ومرة أخرى عندما نثبّت المغناطيس بعد إبعاده؛ يعود المؤشر لوضع الصفر.

ينص قانون فارادي على وجوب حدوث تيار (نسميه تيار مُستَحَثّ) في موصل كهربائي، عند تعريض هذا الموصل لمجال مغناطيسي متغير (الحثّ المغناطيسي)، ولتفسير ذلك بشكلٍ أوضح؛ وتحديد اتجاه التيار، نستعين بقانون لينز:

ينص قانون لينز أيضًا على أنه يمكن تحديد اتجاه هذا التيار المُستحث بواسطة المجال المغناطيسي المتغير؛ ويتم تحديد اتجاه المجال المغناطيسي المُتحرِّض؛ والذي أنتجه التيار المُستحث، بحيث يكون اتجاه هذا المجال يعاكس اتجاه المجال الأولي المُحرِّض. يمكنك تحديد اتجاه التيار باستخدام قاعدة اليد اليمنى لفلمنغ (تعامد الإبهام والسبابة والوسطى كما في الشكل).

إذن، كملخّص لما أسلفت ذكره، كلما كان هناك حركة نسبية بين موصلٍ ما ومجال مغناطيسي، يتغير التدفّق الحاصل، وهذا التغيّر في التدفق؛ يولّد جهدًا عبر الملف، كما أنه كلما كان التغيير في المجال المغناطيسي أسرع؛ كلما كانت القوة الكهربائية المتحرّضة أكبر، والجهد المتولّد أكبر.

قانون فاراداي الأول

إن أي تغيير في المجال المغناطيسي لملف مكوّن من عدة أسلاك، سيؤدي إلى إحداث قوة محركة كهربائية في الملف. ونغيّر المجال بإحدى الطرق:

  • تحريك المغناطيس باتجاه الملف أو بعيدًا عنه.

  • تحريك الملف داخل أو خارج المجال المغناطيسي.

  • تغيير منطقة الملف الموضوعة في المجال المغناطيسي.

  • تدوير الملف بالنسبة للمغناطيس.

قانون فاراداي الثاني

ينص على أن حجم القوة المحركة الكهربائية المتحرّضة في الملف تساوي معدّل تغير التدفق الحاصل والمرتبط بالملف، حيث ينتج ارتباط التدفق بالملف من عدد دورات الملف والتدفق المرتبط بها.

صيغة قانون فاراداي

إذا اعتبرنا أن المغناطيس يقترب من الملف، هنا يصبح لدينا مركّبتين؛ الأولى تدل على ارتباط التدفق بالملف في الوقت T1 والثانية ارتباط التدفق الحاصل في الملف في الوقت T2، وعليه:

نعبر عن التغير الحاصل في التدفق كالتالي:

حيث التغّير في التدفق هو

وبالتالي التغير في معدل التدفق سيكون:

والآن معدل التغيّر في التدفق المرتبط:

بالاشتقاق وإجراء الإصلاحات، نجد:

ووفقًا لقانون فاراداي، فإن التدفق الناتج سيكون معاكس دائمًا (إشارته سالبة)، لذا:

أكمل القراءة

0

هل لديك إجابة على "ما هي قوانين فاراداي"؟