ماهو قانون فاراداي
لقد تبارى العلماء على مر العصور في اكتشاف الكثير من الظواهر الطبيعية والفيزيائية المختلفة وتأثيراتها على البيئة وعلى حياة الإنسان والتي قد تم تصنيفها فيما بعد باسم علم الفيزياء ، ومن أهم تلك الاكتشافات هو اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي الناتج عن الجمع بين المجال المغناطيسي وملف توليد الكهرباء الذي أدى إلى توليد طاقة ثالثة أقوى يُطلق عليها اسم القوة الكهرومغناطيسية وقد تم اكتشاف ذلك بواسطة عالم الفيزياء الإنجليزي مايكل فاراداي عام 1830 م ، والذي قد نجح في صياغة قانون خاص بهذه الظاهرة أطلق عليه اسم (قانون فاراداي).
نص قانون فاراداي
لقد نص هذا القانون على أن الجهد الناشئ في الدائرة الكهربية مع مرور الوقت يتناسب مع مقدار التغير في التدفق المغناطيسي ، مما يعني أن أي تغيير يطرأ على شدة المجال المغناطيسي يؤدي إلى توليد قوة دافعة كهربائية وقد يكون هذا التغيير ناتجًا عن تحريك الملف أو تغيير اتجاه المجال المغناطيسي أو تغيير الأسلاك أو أي أمر آخر ، ومن خلال إجراء العديد من التجارب .
وزيادة عدد أجزاء المجال المغناطيسي المستخدمة في الدائرة اكتشف العالم فاراداي أنه يوجد تناسب طردي بين شدة التيار الكهربائي وبين شدة وعدد أجزاء وقطع المجال المغناطيسي ، وبالتالي كلما زادت قطع المغناطيس كلما زادت شدة التيار والعكس صحيح ، وقد لخص فاراداي ذلك من خلال الإشارة إلى وجود بعض العوامل ذات التأثير المباشر على قيمة القوة الدافعة الكهربائية e.m.f ، ومنها :
-التحكم في شدة المجال المغناطيسي سواء بإبعاد المغناطيس أو تقريبه من الملف ، حيث أنه كلما اقترب المغناطيس زادت القوة الكهربائية والعكس .
-تغير مكان الملف سواء بإبعاده أو تقريبه أيضًا من المجال المغناطيسي .
-عدد اللفات الموجودة داخل الملف والأسلاك الموجودة حول المغناطيس .
-عدد القطع المغناطيسية المستخدمة لإحداث المجال المغناطيسي .
-تدوير أو تغيير اتجاه المجال المغناطيسي أو الملف .
صيغة قانون فاراداي
بناء على النتائج السابقة التي توصل لها العالم فاراداي ، فقد تمكن من أن يصيغ هذا القانون كالتالي :
{ القوة الدافعة الكهربائية = عدد اللفات × معدل تغير التدفق المغناطيسي بالنسبة للزمن } وتُقاس بوحدة (الفولت) .
{ قيمة التدفق المغناطيسي = مساحة الملف × شدة المجال } وتُقاس بوحدة (الويبر) .
تطبيقات قانون فاراداي في الفيزياء
هناك عدد كبير من التطبيقات العلمية الهامة التي ترتبت على اكتشاف واستخدام قانون فاراداي ، ومن أهمها :
-استخدام المحولات الكهربائية لنقل الطاقة الكهربائية من أماكن التوليد إلى أماكن الاستخدام ، فضلًا عن القدرة على رفع أو خفض قيمة الجهد الكهربائي والتيار .
-توليد الطاقة الكهربائية داخل المولدات من خلال الاعتماد على حركة الملف داخل المجال المغناطيسي الموجود حوله .
مسائل قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي
بعض مسائل على قانون فاراداي :
-مثال (1) : ملفان متجاوران هما A ، B ، احسب مقدار القوة الدافعة الكهربائية e.m.f المستحثة في الملف A عندما يمر عبر الملف B تيار كهربائي 3 أمبير ، ويتلاشى في زمن مقداره 0.02 ثانية ، حيث أن معامل الحث المتبادل بين الملفين يعادل 0.4 هنري .
الإجابة :
مثال (2) : ملف تم تقدير معامل الحث الذاتي له على أنه يُساوي 2.0 H ، احسب قيمة القوة الدافعة الكهربائية e.m.f المستحثة التي تولد بين طرفيه إذا كنت شدة التيار الكهربائي التي تمر به تُعادل 12 أمبير ، وانعدام التيار قد حدث في زمن قدره 1/4 دقيقة (15 ثانية ) .
الإجابة :
مثال (3) : سلك مستقيم يبلغ طوله 1 متر ، ويتحرك هذا السلك عموديًا على فيض مجال مغناطيسي ذو درجة كثافة تعادل 0.8 T ، وبسرعة 4 متر / الثانية ، احسب القوة الدافعة الكهربائية e.m.f المستحثة المتولدة في هذا السلك معتمدًا على قانون فاراداي للحث الكهرومعناطيسي .
الإجابة :
لقد تبارى العلماء على مر العصور في اكتشاف الكثير من الظواهر الطبيعية والفيزيائية المختلفة وتأثيراتها على البيئة وعلى حياة الإنسان والتي قد تم تصنيفها فيما بعد باسم علم الفيزياء ، ومن أهم تلك الاكتشافات هو اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي الناتج عن الجمع بين المجال المغناطيسي وملف توليد الكهرباء الذي أدى إلى توليد طاقة ثالثة أقوى يُطلق عليها اسم القوة الكهرومغناطيسية وقد تم اكتشاف ذلك بواسطة عالم الفيزياء الإنجليزي مايكل فاراداي عام 1830 م ، والذي قد نجح في صياغة قانون خاص بهذه الظاهرة أطلق عليه اسم (قانون فاراداي).
نص قانون فاراداي
لقد نص هذا القانون على أن الجهد الناشئ في الدائرة الكهربية مع مرور الوقت يتناسب مع مقدار التغير في التدفق المغناطيسي ، مما يعني أن أي تغيير يطرأ على شدة المجال المغناطيسي يؤدي إلى توليد قوة دافعة كهربائية وقد يكون هذا التغيير ناتجًا عن تحريك الملف أو تغيير اتجاه المجال المغناطيسي أو تغيير الأسلاك أو أي أمر آخر ، ومن خلال إجراء العديد من التجارب .
وزيادة عدد أجزاء المجال المغناطيسي المستخدمة في الدائرة اكتشف العالم فاراداي أنه يوجد تناسب طردي بين شدة التيار الكهربائي وبين شدة وعدد أجزاء وقطع المجال المغناطيسي ، وبالتالي كلما زادت قطع المغناطيس كلما زادت شدة التيار والعكس صحيح ، وقد لخص فاراداي ذلك من خلال الإشارة إلى وجود بعض العوامل ذات التأثير المباشر على قيمة القوة الدافعة الكهربائية e.m.f ، ومنها :
-التحكم في شدة المجال المغناطيسي سواء بإبعاد المغناطيس أو تقريبه من الملف ، حيث أنه كلما اقترب المغناطيس زادت القوة الكهربائية والعكس .
-تغير مكان الملف سواء بإبعاده أو تقريبه أيضًا من المجال المغناطيسي .
-عدد اللفات الموجودة داخل الملف والأسلاك الموجودة حول المغناطيس .
-عدد القطع المغناطيسية المستخدمة لإحداث المجال المغناطيسي .
-تدوير أو تغيير اتجاه المجال المغناطيسي أو الملف .
صيغة قانون فاراداي
بناء على النتائج السابقة التي توصل لها العالم فاراداي ، فقد تمكن من أن يصيغ هذا القانون كالتالي :
{ القوة الدافعة الكهربائية = عدد اللفات × معدل تغير التدفق المغناطيسي بالنسبة للزمن } وتُقاس بوحدة (الفولت) .
{ قيمة التدفق المغناطيسي = مساحة الملف × شدة المجال } وتُقاس بوحدة (الويبر) .
تطبيقات قانون فاراداي في الفيزياء
هناك عدد كبير من التطبيقات العلمية الهامة التي ترتبت على اكتشاف واستخدام قانون فاراداي ، ومن أهمها :
-استخدام المحولات الكهربائية لنقل الطاقة الكهربائية من أماكن التوليد إلى أماكن الاستخدام ، فضلًا عن القدرة على رفع أو خفض قيمة الجهد الكهربائي والتيار .
-توليد الطاقة الكهربائية داخل المولدات من خلال الاعتماد على حركة الملف داخل المجال المغناطيسي الموجود حوله .
مسائل قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي
بعض مسائل على قانون فاراداي :
-مثال (1) : ملفان متجاوران هما A ، B ، احسب مقدار القوة الدافعة الكهربائية e.m.f المستحثة في الملف A عندما يمر عبر الملف B تيار كهربائي 3 أمبير ، ويتلاشى في زمن مقداره 0.02 ثانية ، حيث أن معامل الحث المتبادل بين الملفين يعادل 0.4 هنري .
الإجابة :
مثال (2) : ملف تم تقدير معامل الحث الذاتي له على أنه يُساوي 2.0 H ، احسب قيمة القوة الدافعة الكهربائية e.m.f المستحثة التي تولد بين طرفيه إذا كنت شدة التيار الكهربائي التي تمر به تُعادل 12 أمبير ، وانعدام التيار قد حدث في زمن قدره 1/4 دقيقة (15 ثانية ) .
الإجابة :
مثال (3) : سلك مستقيم يبلغ طوله 1 متر ، ويتحرك هذا السلك عموديًا على فيض مجال مغناطيسي ذو درجة كثافة تعادل 0.8 T ، وبسرعة 4 متر / الثانية ، احسب القوة الدافعة الكهربائية e.m.f المستحثة المتولدة في هذا السلك معتمدًا على قانون فاراداي للحث الكهرومعناطيسي .
الإجابة :
