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 تضمين ملف السلك K، ذو القلب الفولاذي، في دائرة المصدر التيار المباشرفي سلسلة مع 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.

في هذا الدرس سنتعرف 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 بالحث 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 التعريفي 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 F.

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

مشكلة في تحليل 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. من أجل الإنجاز النتيجة القصوىالتغييرات، تحتاج إلى تحويل 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، الفيض 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، ستنزلق 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، لننظر إلى المشكلة:

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

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 الشرط 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".

فهرس

1. Aksenovich L. A. الفيزياء في المدرسة الثانوية: نظرية. مهام. 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؟

ومن بين الكميات الفيزيائية، يحتل التدفق المغناطيسي مكانا هاما. تشرح هذه المقالة ماهيته وكيفية تحديد حجمه.

ما هو التدفق المغناطيسي

هذه هي الكمية التي تحدد مستوى المجال المغناطيسي الذي يمر عبر السطح. ويشار إليه بـ "FF" ويعتمد على قوة المجال وزاوية مرور المجال عبر هذا السطح.

يتم حسابه وفقا للصيغة:

FF=B⋅S⋅cosα، حيث:

• FF – التدفق المغناطيسي.
• B هو حجم الحث المغناطيسي.
• S هي مساحة السطح التي يمر من خلالها هذا المجال؛
• cosα هو جيب تمام الزاوية بين العمودي على السطح والتدفق.

وحدة القياس في النظام الدولي للوحدات هي "ويبر" (Wb). يتم إنشاء 1 Weber بواسطة مجال 1 تسلا يمر بشكل عمودي على سطح مساحته 1 متر مربع.

وبالتالي، يكون التدفق أقصى عندما يتوافق اتجاهه مع الاتجاه الرأسي ويساوي "0" إذا كان موازياً للسطح.

مثير للاهتمام.تشبه صيغة التدفق المغناطيسي الصيغة التي يتم من خلالها حساب الإضاءة.

مغناطيس دائم

أحد مصادر المجال هو المغناطيس الدائم. لقد كانوا معروفين منذ قرون عديدة. إبرة البوصلة كانت مصنوعة من الحديد الممغنط، وفي اليونان القديمةكانت هناك أسطورة عن جزيرة تجذب الأجزاء المعدنية من السفن.

يأتي المغناطيس الدائم بأشكال مختلفة ومصنوع من مواد مختلفة:

• الحديد هو الأرخص، لكن قوة جاذبيته أقل؛
• النيوديميوم - مصنوع من سبيكة النيوديميوم والحديد والبورون؛
• النيكو عبارة عن سبيكة من الحديد والألومنيوم والنيكل والكوبالت.

جميع المغناطيسات ثنائية القطب. هذا هو الأكثر وضوحا في أجهزة قضيب وحدوة الحصان.

إذا تم تعليق القضيب من المنتصف أو وضعه على قطعة عائمة من الخشب أو الرغوة، فسوف يدور في اتجاه الشمال والجنوب. يسمى القطب الذي يشير إلى الشمال بالقطب الشمالي، وهو مطلي باللون الأزرق على أدوات المختبر ويرمز له بالحرف "N". أما الجهة المقابلة، التي تشير إلى الجنوب، فهي باللون الأحمر وعليها علامة "S". المغناطيس ذو الأقطاب المتشابهة يتجاذب، والأقطاب المتقابلة تتنافر.

في عام 1851، اقترح مايكل فاراداي مفهوم خطوط الحث المغلقة. تخرج هذه الخطوط من القطب الشمالي للمغناطيس وتمر بالفضاء المحيط وتدخل جنوبا وتعود شمالا داخل الجهاز. الخطوط وشدة المجال هي الأقرب عند القطبين. قوة الجذب أعلى أيضًا هنا.

إذا وضعت قطعة من الزجاج على الجهاز ورشت طبقة رقيقة من برادة الحديد فوقها، فسوف تكون موجودة على طول خطوط المجال المغناطيسي. عند وضع عدة أجهزة في مكان قريب، ستظهر نشارة الخشب التفاعل بينها: الجذب أو التنافر.

المجال المغناطيسي للأرض

يمكن تخيل كوكبنا كمغناطيس، ويميل محوره بمقدار 12 درجة. وتسمى تقاطعات هذا المحور مع السطح بالأقطاب المغناطيسية. مثل أي مغناطيس، تمتد خطوط قوة الأرض من القطب الشمالي إلى الجنوب. بالقرب من القطبين، تكون عموديًا على السطح، لذلك لا يمكن الاعتماد على إبرة البوصلة هناك، ويجب استخدام طرق أخرى.

تمتلك جسيمات “الرياح الشمسية” شحنة كهربائية، فعند التحرك حولها يظهر مجال مغناطيسي، يتفاعل مع مجال الأرض ويوجه هذه الجسيمات على طول خطوط القوة. وبالتالي، فإن هذا المجال يحمي سطح الأرضمن الإشعاع الكوني. ومع ذلك، بالقرب من القطبين، يتم توجيه هذه الخطوط بشكل عمودي على السطح، وتدخل الجسيمات المشحونة إلى الغلاف الجوي، مما يسبب الأضواء الشمالية.

في عام 1820، رأى هانز أورستد، أثناء إجراء التجارب، تأثير الموصل الذي يتدفق من خلاله تيار كهربائي على إبرة البوصلة. وبعد بضعة أيام، اكتشف أندريه ماري أمبير التجاذب المتبادل بين سلكين يتدفق من خلالهما تيار في نفس الاتجاه.

مثير للاهتمام.أثناء اللحام الكهربائي، تتحرك الكابلات القريبة عندما يتغير التيار.

اقترح أمبير لاحقًا أن هذا يرجع إلى الحث المغناطيسي للتيار المتدفق عبر الأسلاك.

في ملف ملفوف بسلك معزول يتدفق من خلاله التيار الكهربائي، تعزز مجالات الموصلات الفردية بعضها البعض. لزيادة قوة الجذب، يتم لف الملف على قلب فولاذي مفتوح. هذا اللب ممغنط ويجذب الأجزاء الحديدية أو النصف الآخر من اللب في المرحلات والموصلات.

الحث الكهرومغناطيسي

عندما يتغير التدفق المغناطيسي، يتولد تيار كهربائي في السلك. هذه الحقيقة لا تعتمد على أسباب هذا التغيير: حركة المغناطيس الدائم، أو حركة السلك، أو التغير في شدة التيار في موصل قريب.

اكتشف هذه الظاهرة مايكل فاراداي في 29 أغسطس 1831. أظهرت تجاربه أن EMF (القوة الدافعة الكهربائية) التي تظهر في دائرة محاطة بالموصلات تتناسب طرديًا مع معدل تغير التدفق المار عبر مساحة هذه الدائرة.

مهم!لكي يحدث القوة الدافعة الكهربية، يجب أن يعبر السلك خطوط الكهرباء. عند التحرك على طول الخطوط، لا يوجد EMF.

إذا كان الملف الذي يحدث فيه المجال الكهرومغناطيسي متصلاً بدائرة كهربائية، فسينشأ تيار في الملف، مما يؤدي إلى إنشاء مجال كهرومغناطيسي خاص به في المحث.

عندما يتحرك موصل في مجال مغناطيسي، يتم حث القوة الدافعة الكهربية فيه. يعتمد اتجاهه على اتجاه حركة السلك. تسمى الطريقة التي يتم من خلالها تحديد اتجاه الحث المغناطيسي "طريقة اليد اليمنى".

يعد حساب حجم المجال المغناطيسي أمرًا مهمًا لتصميم الآلات الكهربائية والمحولات.

فيديو

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 حدوثه في الدائرة الحقل الكهربائيوالتي يمكن أن توفر حركة مغلقة الشحنات الكهربائيةأو بمعنى آخر حول حدوث المجالات الكهرومغناطيسية. 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 لدائرة مسطحة تقع في مجال مغناطيسي موحد (ومثل هذه المواقف فقط يمكن أن يواجهها تلاميذ المدارس في حالة واحدة امتحان الدولة) ، 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 النظام الدوليوحدة القياس في SI هي Weber (Wb)، والتي يتم تعريفها على أنها التدفق المغناطيسي عبر كفاف مساحة 1 م 2 من مجال مغناطيسي منتظم مع تحريض قدره 1 T عموديًا 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 والعمودي، 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 كهربية، سيظهر فيها تيار مستحث، بحيث يتجه مجالها المغناطيسي عكس المجال المغناطيسي الخارجي وذلك لتقليل المجال الخارجيوبالتالي الحفاظ على الحجم الأصلي للمجال 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. يمثل مثل هذا الحساب 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. والخلق مبني عليه التيار الكهربائيفي المولدات الكهربائية ومحطات الطاقة. بفضل قانون الحث الكهرومغناطيسي، يحدث التحول الاهتزازات الميكانيكيةفي الميكروفونات الكهربائية. واستنادا إلى قانون الحث الكهرومغناطيسي، فإنه يعمل، على وجه الخصوص، دائرة كهربائية، من اتصل الدائرة التذبذبية(انظر الفصل التالي)، وهو أساس أي جهاز إرسال أو استقبال لاسلكي.

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. الجهاز الذي يخلق التيار المتناوب، مع إعطاء التردد (الإجابة 2 ).

تم إنشاء تحريض المجال المغناطيسي المغناطيس الدائم، يتناقص 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 من خلاله صفرًا، عندما يدور الإطار ربع دورة سيكون مساويًا لـ أين الحث ومساحة الاطار. 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 خلاله. 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 التيار 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 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 سيحدث 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 ).

التدفق المغناطيسي وطرق تغييره.ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. قانون الحث الكهرومغناطيسي. مقدار القوة الدافعة الكهربية المستحثة لموصل متحرك.

الفيض المغناطيسيФ من خلال السطح S عبارة عن كمية فيزيائية عددية تساوي منتج وحدة الحث المغناطيسي بمساحة السطح وجيب تمام الزاوية بين العمودي على السطح ومتجه الحث المغناطيسي.

ح=فسكوز

وحدة - 1 واط.

1 واط- هذا هو التدفق المغناطيسي الذي يتم إنشاؤه بواسطة مجال مغناطيسي بتحريض 1 T عبر سطح مستو بمساحة 1 م 2، يقع بشكل عمودي على ناقل الحث المغناطيسي.

يميز التدفق المغناطيسي عدد خطوط الحث المغناطيسي التي تخترق السطح S.

قد يختلف التدفق المغناطيسيعند التغيير: 1) الحث المغناطيسي. 2) منطقة الكفاف. 3) الزاوية ، أي. اتجاه الدائرة في المجال المغناطيسي.

عندما يتغير التدفق المغناطيسي خلال حلقة مغلقة، أ الحالية التي يسببها. التدفق الحالي ممكن إذا كانت القوى الخارجية تعمل على رسوم مجانية. وبالتالي، عندما يتغير التدفق المغناطيسي عبر سطح محاط بحلقة مغلقة، تنشأ قوى خارجية في هذه الحلقة، تتميز بقوة دافعة كهربية تسمى القوة الدافعة الكهربية المستحثة.

لا يعتمد حجم التيار المستحث على سبب التغير في التدفق المغناطيسي، بل يعتمد على معدل تغير التدفق المغناطيسي.

قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.

إن القوة الدافعة الكهربية المستحثة في حلقة مغلقة تساوي معدل تغير تدفق الحث المغناطيسي عبر السطح الذي يحده الكفاف، مأخوذًا بعلامة "-".

يتم تفسير علامة الطرح بقاعدة لينز، التي تحدد اتجاه التيار التعريفي.

حكم لينز.

تخلق القوة الدافعة الكهربية المستحثة تيارًا مستحثًا في حلقة مغلقة تميل، بمجالها المغناطيسي، إلى تعويض التغير في تدفق المجال المغناطيسي الخارجي.

يعتمد سبب حدوث القوى الدافعة الكهربية المستحثة في حلقة مغلقة على كيفية تغير التدفق.

ظهور EMF في موصل متحركيتم تفسيره من خلال عمل قوة لورنتز برسوم مجانية. حجم القوة الدافعة الكهربية المستحثة لموصل متحرك يساوي

 أنا = ب ل v الخطيئة

حيث B هو تحريض المجال المغناطيسي، l هو طول الموصل، v هي سرعة الموصل،  هي الزاوية بين متجهات السرعة والحث المغناطيسي.

يمكن تحديد اتجاه التيار التحريضي في دائرة ذات موصل متحرك باستخدام قواعد اليد اليمنى.

إذا تم وضع اليد اليمنى على طول الموصل بحيث تدخل خطوط الحث المغناطيسي في راحة اليد، ويظهر الإبهام المنحني اتجاه حركة الموصل، فإن أربعة أصابع ممدودة ستشير إلى اتجاه التيار التعريفي في الموصل.

ظهور EMF في موصل مغلق ثابت، الموجود في مجال مغناطيسي متغير، يفسر بظهور مجال كهربائي دوامي.

دوامة الحقل الكهربائييظهر عندما يتغير المجال المغناطيسي ويوجد بغض النظر عما إذا كان هناك موصل مغلق عند نقطة معينة في الفضاء أم لا. خطوط القوة لهذا المجال مغلقة.

التذكرة 13

ربط التدفق والحث. ظاهرة الحث الذاتي. حجم الحث الذاتي emf. طاقة المجال المغناطيسي.

يؤدي مرور تيار كهربائي عبر دائرة مغلقة إلى خلق مجال مغناطيسي في الفضاء المحيط، تتقاطع بعض خطوطه مع السطح الذي تحده نفس الدائرة. وهكذا يتبين أن الدائرة يتم اختراقها عن طريق التدفق الخاص بها. يتناسب حجم التدفق مع حجم الحث المغناطيسي، والذي بدوره يتناسب مع قوة التيار المتدفق عبر الدائرة. ولذلك، فإن حجم التدفق يتناسب طرديا مع القوة الحالية.

F ف=لي

حيث يسمى معامل التناسب L محاثة الدائرة.

يعتمد الحث على حجم وشكل الموصل، وعلى الخصائص المغناطيسية للبيئة التي يوجد فيها الموصل.

الحث- كمية فيزيائية عددية تساوي التدفق المغناطيسي الداخلي الذي يخترق الدائرة، مع قوة تيار في الدائرة قدرها 1 أ.

ه
وحدة الحث 1 هنري.

1 H هو محاثة الدائرة التي، عند تيار 1 A، يساوي التدفق المغناطيسي عبر الدائرة 1 Wb.

التدفق المغناطيسي خلال دورة واحدة للملف اللولبي Ф=ВS، وبعد N يتحول إجمالي التدفق المغناطيسي، وهو ما يسمى ربط التدفقيساوي

= بSN

ت
تمامًا مثل وحدة الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي

مع
من خلال مقارنة التعبير الناتج عن معالجة التدفق و LI، نحصل على صيغة لحساب محاثة الملف اللولبي.

حيث N هو عدد لفات الملف اللولبي، S هي مساحة الدوران، l هو طول الملف اللولبي.

إذا بدأ التيار المتدفق في الدائرة يتغير، فإن المجال المغناطيسي يخلق تغييرات، وبالتالي التدفق المغناطيسي الذي يخترق الدائرة. وفقا لقانون فاراداي، تظهر قوة دافعة مستحثة في الدائرة، والتي تسمى emf المستحثة ذاتيا.

ز
الرمز "-" يتوافق مع قاعدة لينز.

ويترتب على ذلك أن الحث يساوي عدديًا القوة الدافعة الكهربية الحثية الذاتية التي تحدث في الدائرة عندما يتغير التيار بمقدار 1 A في 1 ثانية.

دعونا نربط الدائرة بمصدر حالي. في الدائرة، بسبب اختلاف الجهد عند أطراف المصدر، تبدأ حركة الشحنات. يزداد التيار في الدائرة. ونتيجة لذلك، يظهر EMF ذاتي الحث في الدائرة، مما يمنع زيادة التيار. يتم استخدام عمل المصدر الحالي للتغلب على القوة الدافعة الكهربية الحثية الذاتية وتأسيس التيار لإنشاء مجال مغناطيسي.

المجال المغناطيسي، مثل المجال الكهربائي، هو حامل للطاقة. طاقة المجال المغناطيسي تساوي عمل القوى الخارجية للمصدر ضد الحث الذاتي emf.

ص
عندما يتم فصل الدائرة عن مصدر التيار، يحدث قوة دافعة مستحثة ذاتيًا ويتدفق تيار مستحث عبر الدائرة. نتيجة لإطلاق حرارة جول لينز، ترتفع حرارة الدائرة. وبالتالي تتحول طاقة المجال المغناطيسي إلى طاقة داخلية للموصل.

عن
كثافة الطاقة الحجميةتسمى الطاقة الموجودة في وحدة الحجم