شرح الحث الكهرومغناطيسي
تحدث عملية الحث الكهرومغناطيسي عند استخدام موصل ومغناطيس، ثم تحريك المغناطيس وتثبيت الموصل، أو تثبيت المغناطيس وتحريك الموصل، إذ ينتج عن ذلك التحريك تغيّر في التدفق المغناطيسي؛ وبالتالي توليد قوة دافعة حثية (Electromotive Force) عبر الملف، ويتم توليد القوة الدافعة الحثية؛ بسبب حركة الموصل أو الملف عبر المجال المغناطيسي أو بسبب التغير في التدفق المغناطيسي، ويحدث هذا التغير إما عندما يتم وضع الموصل في مجال مغناطيسي متحرك، أي عند استخدام مصدر تيار متردد (AC)، أو عندما يتحرك الموصل دائمًا في مجال مغناطيسي ثابت، وتعمل ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي على توليد التيار الكهربائي باستخدام المجال المغناطيسي، كما أن اكتشاف ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي أثبت أنّه يمكن توليد تيار كهربائي باستخدام المجال المغناطيسي.
العوامل المؤثرة في مقدار القوة الدافعة الحثية المتولدة داخل الملف
ويمكن تحديد مقدار القوة الدافعة التي تنشأ داخل ملف الأسلاك من خلال ثلاثة عوامل رئيسية:
- زيادة عدد اللفات: تزداد القوة الدافعة الحثية كلما زاد عدد اللفات، حيث إنه إذا كان الملف مكوناً من 20 لفة، فستتضاعف القوة الدافعة الحثية بمقدار 20 مرة أكبر من القوة الدافعة الحثية التي تنشأ عند وجود لفة واحدة من الأسلاك.
- سرعة حركة الملف داخل المجال المغناطيسي: كلما زادت سرعة مرور الملف عبر المجال المغناطيسي، فسيقطع السلك خطوط التدفق المغناطيسي بسرعة أكبر، وبالتالي سيتم إنتاج القوة الدافعة الحثية بمعدل أكبر.
- زيادة قوة المجال المغناطيسي: كلما زادت شدة المجال المغناطيسي مع ثبات سرعة حركة الملف، زادت القوة الدافعة الحثية الناتجة، وذلك بسبب وجود المزيد من خطوط المجال اللازم قطعها.
الحث الكهرومغناطيسي
يُعرّف الحث الكهرومغناطيسي (Electromagnetic Induction) بأنه عملية توليد تيار كهربائي باستخدام المجال المغناطيسي، ويحدث عند تواجد مجال مغناطيسي بداخل موصل كهربائي، فعلى سبيل المثال؛ عندما يتواجد ملف من الأسلاك الموصلة في شكل دائرة مغلقة، فإن التيار الكهربائي سيتدفق من خلاله عندما يتحرك المغناطيس بداخلها، أو عند تحريك ملف الأسلاك ذهابًا وإيابًا فوق المغناطيس.
تاريخ اكتشاف الحث الكهرومغناطيسي
اكتشف العالم أورستد أن تدفق التيار الكهربائي يولد مجالًا مغناطيسيًا، وذلك في عام 1820، وأما اكتشاف أن المجال المغناطيسي يولد تيار كهربائي فقد كان على يد كل من العالم جوزيف هنري ومايكل فاراداي، وذلك عندما قام العالم فاراداي بوضع ملفين من الأسلاك حول حلقة دائرية الشكل، وقام بتوصيل ملف الأسلاك الأول ببطارية، والآخر بجهاز الجلفانومتر، وقد اكتشف أنه عند تغير التدفق المغناطيسي داخل الدارة، تنشأ قوة فيها دافعة كهربائية تساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي داخل الدارة.
تطبيقات الحث الكهرومغناطيسي
يوجد حاليًا العديد من الأجهزة الكهربائية التي تعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي، والتي توضح شرح الحث الكهرومغناطيسي عمليًا، وهناك تطبيقات كثيرة تستخدم عملية الحث الكهرومغناطيسي، ومنها:
المولدات الكهربائية (Generators)
المحرك الكهربائي هو جهاز لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية، بينما يعمل المولد الكهربائي باستخدام الطاقة الميكانيكية لتوليد الكهرباء، كما يوجد بداخل كل من المولد والمحرك ملف ومغناطيس يمكن استخدامهما بطريقة تجعله إما مولد أو محرك، وما يحصل داخل المولد هو أنه عند تحريك الملف يتوّلد فرق جهد بسبب تحريك الملف داخل المجال المغناطيسي، وذلك بحسب قانون فاراداي .
المحولات (Transformers)
يعتبر المحول الكهربائي من أهم التطبيقات على قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، إذ إنه يتم توليد الكهرباء بعيدًا عن أماكن استخدامها، ويتم نقلها لمسافات طويلة عبر خطوط نقل الكهرباء (Electrical Transmission Lines)، حيث تُنقل الطاقة المتوّلدة في محطة التوليد بواسطة العلاقة (P = VI)، ويتكون المحول من ملفين مرتبطين برأس حديدي، حيث ينتقل التدفق المغناطيسي بينهما، وعندما يتغير التدفق الناتج عن الملف الابتدائي المرتبط بمصدر طاقة تيار متردد، فإنّ التدفق الذي يمر عبر الملف الثانوي سوف يتغير، مما يؤدي إلى توّلد جهد في الملف الثانوي.
أجهزة الكمبيوتر اللوحية (tablet computers)
تحتوي شاشات الأجهزة اللوحية على أسلاك صغيرة تمتد في جميع الاتجاهات داخل الشاشة، أما القلم الخاص بالجهاز اللوحي، فيحتوي في طرفه على قطعة مولدة للمجال المغناطيسي، وعند تمرير القلم على الشاشة، تستشعر الأسلاك بوجود تغير في المجال المغناطيسي، وتتم ترجمة هذا التغير إلى قوة دافعة حثية تقوم بإنشاء الخط الذي تم رسمه.
