الاثر المغنطيسي للتيار الكهربائي - الطاقة الكهربائية .. الفيزياء
الاثر المغنطيسي للتيار الكهربائي
والمجالات المغنطيسية وثيقة الصلة بالمجالات الكهربائية . فقد اكتشف هانز اورستد عام ۱۸۱۹ ، ان مرور التيار الكهربائي في سلك مستقيم يؤدي الى خلق مجال مغنطيسي يكون السلك محوره ويختلف اتجاهه باختلاف اتجاه التيار نفسه والجدير بالذكر ان مرور التيار • الكهربائي ، في سلكين متوازيين ، يؤدي الى خلق قوة جذب بينهما اذا كان اتجاه التيار في كل منهما مختلفا عن الاخر ، والى قوة تنافر اذا كان التياران فيهما بالاتجاه نفسه . ونستطيع هنا اعادة تعريف
الامبير بأنها قيمة تيار يمر في سلكين متوازيين ، لا متناهيي الطول ، يفصل بينهما مسافة متر واحد ويكونا عرضة لقوة مقدارها ٢ × ١٠ - ٧ نيوتن لكل متر واحد من طولهما .
يتميز الملف الدائري بأن خطوط القوة كثيفة في داخله ، وبان مجاله شبيه بمجال قضيب المغنطيس الدائم ، والمغنطيس الكهربائي عبارة عن سلك ملفوف حول قلب مغنطيسي حديدي ذي خاصة مغنطيسية ضعيفة ، وتكون شدة مجاله متناسبة طرديا مع شدة التيار ومع عدد اللفات فيه ، ومتناسبة عكسيا مع طوله . واثناء مرور التيار فيه ، يصبح قلبه ممغنطا ، فترتفع فيه شدة المجال حالة انقطاع التيار عنه ، فانه يفقد كافة المغنطيسي . أما في خصائصه المغنطيسية .
وعندما تتغير خطوط القوة حول ملف يمر فيه تيار كهربائي تتولد فيه قوى دافعة كهربائية محرضة تتناسب قيمتها مع معدل تغير المجال المغنطيسي في وحدة المساحة ) التدفق المغنطيسي ) . ويعرف هذا القانون بقانون فاراداي للتحريضية الكهربائية . ويكون اتجاه القوة الدافعة الكهربائية بشكل يجعلها دائما مواجهة للتغير الذي ولدها - قانون لانز . ولهذا الاثر اهمية بالغة في التيار المتناوب ( أي الذي ينعكس فيه اتجاه تدفق الالكترونات بشكل دوري - انظر ص ٠٤٨ ولذلك فعندما يمر تيار متناوب في ملف يتولد فيه مجال مغنطيسي متبدل يقوم بتحريض قوة دافعة كهربائية في الملف ذات اتجاه معاكس المرور التيار نفسه . وتكون الفلطية المحرضة متناسبة مع معدل تغير التيار نفسه . ويطلق على ثابتة التناسب اسم معامل التحريضية الذاتية ل وتقاس بواسطة وحدة اسمها هنري ، وهي تمثل التحريضية الذاتية الناتجة عن معدل تغير للتيار قيمته امبير واحد وينتج عنه فلطية محرضة قيمتها فلط واحد . والملفات التحريضية عناصر ذات اهمية كبيرة في الدوائر الكهربائية .
وعندما يمر تيار متناوب ملف ( ابتدائي ) يحيط بقلب من الحديد ، ينتج عنه فلطية محرضة في ملف اخر منفصل عنه ( ثانوي ) ، ولكنه مقترن به مغنطيسيا ويتولد عن الفلطية هذه تيار ثانوي معاكس للاول ، وله نفس التردد . أما قيمة الفلطية المحرضة في الملف الثانوي فانها تكون متناسبة مع نسبة تغير التيار في الملف الابتدائي .
( مر الاثر المغنطيسي للتيار الكهربائي . تتنافر الاسلاك المتوازية اذا مر فيها تياران متعاكسان ( أ ) ، وتنجذب الى بعضها البعض .اذا كان التياران بالاتجاه نفسه ( ب ) . يتولد من تيار في ملف ( ج ) مجال شبيه بالمجال الذي يعطيه القضيب المغنطيسي ، ويمكن تكبير هذه الظاهرة بزيادة عدد اللفات ( د ) .
ويطلق على ثابتة التناسب هذه اسم معامل التحريضية المتبادلة م . وهي تقاس بنفس وحدة التحريضية الذاتية - ای الهنري . يعرف هذا الجهاز باسم المحول ، ويستخدم في رفع الفلطية أو خفضها . وهناك معادلات تربط بين عدد لفات الابتدائي ن والتيار المحرض فيه ي والفلطية المحرضة ج من جهة ، وعدد لفات الثانوي ن والتيار المحرض فيه ي . والفلطية المحرضة من جهة اخرى ، وهذه المعادلات هي : ن ١ / ن ٢ = ي ٢ / ي ١ = ج ١ / ج ٢ .
( تتكون الموجة الكهرمغنطيسية من مجالين ، احدهما كهربائي والاخر مغنطيسي ، متغيرين ومتعامدين على بعضهما البعض )
وهناك نوعان من المحولات محول الرفع الذي يرفع من قيمة ج٢ / ج١ ومحول الخفض الذي يقوم بخفضها . وللنوعين قيمة كبيرة في عمليات نقل الكهرباء ( انظر ص ٥٠ ) .
والجدير بالذكر أن حركة أي من الجسيمات المشحونة ، بما في مقابل ذلك الالكترونات ، تؤدي الى خلق مجال مغنطيسي معين ذلك ، عندما يدخل الجسيم المشحون في مجال مغنطيسي متعامد مع خط سیره ، يصبح خاضعا لقوة تكون متعامدة مع اتجاهي المجال وحركة الجسيم في آن واحد ، وتقود الجسيم الى التحرك في خط دائري يختلف نفسه . طول شعاعه باختلاف سرعة الجسيم وشدة المجال المغنطيسي أما اذا دخل الجسيم في المجال المغنطيسي بشكل مواز له ، فانه في هذه الحالة يسير في خط لولبي حول احد خطوط القوة الموجودة .
في عام ١٨٦٤ ، استنبط جايمس كليرك ماكسويل اربع معادلات عرفت بمعادلات ماكسويل واتاحت ، فيما بعد ، فهم كافة العلاقات الموجودة بين الكهرباء والمغنطيس ، مهما كانت الشروط المعمول بها . وقد بينت هذه المعادلات ان المجال الكهربائي يكون دوما مصحوبا بمجال مغنطيسي ، وان المجال الذي ينتج عن تسارع جسیم مشحون يذهب في جميع الاتجاهات ويتكون من مجال مغنطيسي متبدل ومجال كهربائي متعامد معه ، وكلاهما متعامد مع سرعة الجسيم . وقد عرف هذا النوع من المجالات باسم الاشعة الكهرمغنطيسية ، وأبلغ مثال عليها الضوء وموجات الراديو .
الاثر المغنطيسي للتيار الكهربائي
والمجالات المغنطيسية وثيقة الصلة بالمجالات الكهربائية . فقد اكتشف هانز اورستد عام ۱۸۱۹ ، ان مرور التيار الكهربائي في سلك مستقيم يؤدي الى خلق مجال مغنطيسي يكون السلك محوره ويختلف اتجاهه باختلاف اتجاه التيار نفسه والجدير بالذكر ان مرور التيار • الكهربائي ، في سلكين متوازيين ، يؤدي الى خلق قوة جذب بينهما اذا كان اتجاه التيار في كل منهما مختلفا عن الاخر ، والى قوة تنافر اذا كان التياران فيهما بالاتجاه نفسه . ونستطيع هنا اعادة تعريف
الامبير بأنها قيمة تيار يمر في سلكين متوازيين ، لا متناهيي الطول ، يفصل بينهما مسافة متر واحد ويكونا عرضة لقوة مقدارها ٢ × ١٠ - ٧ نيوتن لكل متر واحد من طولهما .
يتميز الملف الدائري بأن خطوط القوة كثيفة في داخله ، وبان مجاله شبيه بمجال قضيب المغنطيس الدائم ، والمغنطيس الكهربائي عبارة عن سلك ملفوف حول قلب مغنطيسي حديدي ذي خاصة مغنطيسية ضعيفة ، وتكون شدة مجاله متناسبة طرديا مع شدة التيار ومع عدد اللفات فيه ، ومتناسبة عكسيا مع طوله . واثناء مرور التيار فيه ، يصبح قلبه ممغنطا ، فترتفع فيه شدة المجال حالة انقطاع التيار عنه ، فانه يفقد كافة المغنطيسي . أما في خصائصه المغنطيسية .
وعندما تتغير خطوط القوة حول ملف يمر فيه تيار كهربائي تتولد فيه قوى دافعة كهربائية محرضة تتناسب قيمتها مع معدل تغير المجال المغنطيسي في وحدة المساحة ) التدفق المغنطيسي ) . ويعرف هذا القانون بقانون فاراداي للتحريضية الكهربائية . ويكون اتجاه القوة الدافعة الكهربائية بشكل يجعلها دائما مواجهة للتغير الذي ولدها - قانون لانز . ولهذا الاثر اهمية بالغة في التيار المتناوب ( أي الذي ينعكس فيه اتجاه تدفق الالكترونات بشكل دوري - انظر ص ٠٤٨ ولذلك فعندما يمر تيار متناوب في ملف يتولد فيه مجال مغنطيسي متبدل يقوم بتحريض قوة دافعة كهربائية في الملف ذات اتجاه معاكس المرور التيار نفسه . وتكون الفلطية المحرضة متناسبة مع معدل تغير التيار نفسه . ويطلق على ثابتة التناسب اسم معامل التحريضية الذاتية ل وتقاس بواسطة وحدة اسمها هنري ، وهي تمثل التحريضية الذاتية الناتجة عن معدل تغير للتيار قيمته امبير واحد وينتج عنه فلطية محرضة قيمتها فلط واحد . والملفات التحريضية عناصر ذات اهمية كبيرة في الدوائر الكهربائية .
وعندما يمر تيار متناوب ملف ( ابتدائي ) يحيط بقلب من الحديد ، ينتج عنه فلطية محرضة في ملف اخر منفصل عنه ( ثانوي ) ، ولكنه مقترن به مغنطيسيا ويتولد عن الفلطية هذه تيار ثانوي معاكس للاول ، وله نفس التردد . أما قيمة الفلطية المحرضة في الملف الثانوي فانها تكون متناسبة مع نسبة تغير التيار في الملف الابتدائي .
( مر الاثر المغنطيسي للتيار الكهربائي . تتنافر الاسلاك المتوازية اذا مر فيها تياران متعاكسان ( أ ) ، وتنجذب الى بعضها البعض .اذا كان التياران بالاتجاه نفسه ( ب ) . يتولد من تيار في ملف ( ج ) مجال شبيه بالمجال الذي يعطيه القضيب المغنطيسي ، ويمكن تكبير هذه الظاهرة بزيادة عدد اللفات ( د ) .
ويطلق على ثابتة التناسب هذه اسم معامل التحريضية المتبادلة م . وهي تقاس بنفس وحدة التحريضية الذاتية - ای الهنري . يعرف هذا الجهاز باسم المحول ، ويستخدم في رفع الفلطية أو خفضها . وهناك معادلات تربط بين عدد لفات الابتدائي ن والتيار المحرض فيه ي والفلطية المحرضة ج من جهة ، وعدد لفات الثانوي ن والتيار المحرض فيه ي . والفلطية المحرضة من جهة اخرى ، وهذه المعادلات هي : ن ١ / ن ٢ = ي ٢ / ي ١ = ج ١ / ج ٢ .
( تتكون الموجة الكهرمغنطيسية من مجالين ، احدهما كهربائي والاخر مغنطيسي ، متغيرين ومتعامدين على بعضهما البعض )
وهناك نوعان من المحولات محول الرفع الذي يرفع من قيمة ج٢ / ج١ ومحول الخفض الذي يقوم بخفضها . وللنوعين قيمة كبيرة في عمليات نقل الكهرباء ( انظر ص ٥٠ ) .
والجدير بالذكر أن حركة أي من الجسيمات المشحونة ، بما في مقابل ذلك الالكترونات ، تؤدي الى خلق مجال مغنطيسي معين ذلك ، عندما يدخل الجسيم المشحون في مجال مغنطيسي متعامد مع خط سیره ، يصبح خاضعا لقوة تكون متعامدة مع اتجاهي المجال وحركة الجسيم في آن واحد ، وتقود الجسيم الى التحرك في خط دائري يختلف نفسه . طول شعاعه باختلاف سرعة الجسيم وشدة المجال المغنطيسي أما اذا دخل الجسيم في المجال المغنطيسي بشكل مواز له ، فانه في هذه الحالة يسير في خط لولبي حول احد خطوط القوة الموجودة .
في عام ١٨٦٤ ، استنبط جايمس كليرك ماكسويل اربع معادلات عرفت بمعادلات ماكسويل واتاحت ، فيما بعد ، فهم كافة العلاقات الموجودة بين الكهرباء والمغنطيس ، مهما كانت الشروط المعمول بها . وقد بينت هذه المعادلات ان المجال الكهربائي يكون دوما مصحوبا بمجال مغنطيسي ، وان المجال الذي ينتج عن تسارع جسیم مشحون يذهب في جميع الاتجاهات ويتكون من مجال مغنطيسي متبدل ومجال كهربائي متعامد معه ، وكلاهما متعامد مع سرعة الجسيم . وقد عرف هذا النوع من المجالات باسم الاشعة الكهرمغنطيسية ، وأبلغ مثال عليها الضوء وموجات الراديو .
تعليق