كيفية بناء مولد المجال الكهرومغناطيسي

الظواهر الكهرومغناطيسية موجودة في كل مكان من بطارية هاتفك الخلوي إلى الأقمار الصناعية التي ترسل البيانات إلى الأرض. يمكنك وصف سلوك الكهرباء من خلال المجالات الكهرومغناطيسية ، وهي مناطق حول الأشياء التي تمارس قوى كهربائية ومغناطيسية ، وكلاهما جزء من نفس القوة الكهرومغناطيسية.

نظرًا لوجود القوة الكهرومغناطيسية في العديد من التطبيقات في الحياة اليومية ، يمكنك حتى إنشاء واحدة باستخدام بطارية و أشياء أخرى مثل الأسلاك النحاسية أو المسامير المعدنية الموجودة حول منزلك لإظهار هذه الظواهر في الفيزياء لنفسك.

•••سيد حسين أثير

• يمكنك بناء مولد مجال كهرومغناطيسي بسيط (emf) باستخدام سلك نحاسي ومسمار حديدي. لفهم حولهم وربطهم بمصدر تيار كهربائي لإظهار قوة المجال الكهربائي. هناك العديد من الاحتمالات التي يمكنك إجراؤها لمولدات emf ذات الأحجام والقوة المتفاوتة.

بناءمولد المجال الكهرومغناطيسي (emf)يتطلب ملفًا لولبيًا من الأسلاك النحاسية (شكل حلزوني أو حلزوني) ، جسم معدني مثل مسمار حديدي (لـ مولد مسمار) ، سلك عازل ومصدر جهد (مثل بطارية أو أقطاب كهربائية) لإصدار الكهرباء التيارات.

يمكنك اختياريًا استخدام مشابك ورقية معدنية أو بوصلة لمراقبة تأثير emf. إذا كان الجسم المعدني مغناطيسيًا حديديًا (مثل الحديد) ، وهي مادة يمكن مغنطتها بسهولة ، فستكون أكثر فاعلية بكثير.

1. ضع المواد على سطح غير موصل مثل الخشب أو الخرسانة.
2. لف السلك النحاسي بإحكام قدر الإمكان حول الجسم المعدني حتى يتم تغطيته بالكامل. كلما زاد عدد الملفات ، كلما كان المولد الميداني أقوى.
   
3. قص السلك النحاسي بحيث توجد أجزاء صغيرة منه من الرأس ونهايات الجسم المعدني.
4. قم بتوصيل أحد طرفي قطعة من السلك المعزول بالنحاس البارز من رأس الجسم المعدني. قم بتوصيل الطرف الآخر من السلك المعزول بأحد طرفي مصدر الجهد على مصدر الطاقة المتغير.
5. بعد ذلك ، قم بتوصيل أحد طرفي السلك المعزول بالمصدر الموجود على مصدر الطاقة المتغير.
6. ضع بعض المشابك الورقية بالقرب من الجسم المعدني أثناء وضعه على السطح.
7. اضبط قرص مزود الطاقة المتغير على 0 فولت.
8. قم بتوصيل مصدر الطاقة وتشغيله.
9. أدر قرص الجهد لأعلى ببطء وشاهد دبابيس الورق. سوف تراهم يتفاعلون مع المجال المغناطيسي من الجسم المعدني بمجرد أن يكون قويًا بدرجة كافية من مولد الظفر.
10. استخدم بوصلة في المنتصف لملاحظة اتجاه المجال الكهرومغناطيسي. يجب أن تتماشى إبرة البوصلة مع محور الملف عندما يتدفق التيار.

تصف الكهرومغناطيسية ، وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة للطبيعة ، كيفية نشوء مجال كهرومغناطيسي ناتج عن تدفق التيار الكهربائي.

عندما يتدفق تيار كهربائي عبر سلك ، يزداد المجال المغناطيسي مع ملفات السلك. يتيح ذلك تدفق المزيد من التيار عبر مسافة أصغر أو في مسارات أصغر أقرب إلى الظفر المعدني. عندما يتدفق التيار عبر سلك ، يكون المجال الكهرومغناطيسي دائريًا حول السلك.

•••سيد حسين أثير

عندما يتدفق التيار عبر السلك ، يمكنك توضيح اتجاه المجال المغناطيسي باستخدام قاعدة اليد اليمنى. تعني هذه القاعدة أنه إذا وضعت إبهامك الأيمن في اتجاه تيار السلك ، فإن أصابعك ستلتف في اتجاه المجال المغناطيسي. يمكن أن تساعدك هذه القواعد العامة على تذكر اتجاه هذه الظواهر.

•••سيد حسين أثير

تنطبق قاعدة اليد اليمنى أيضًا على شكل الملف اللولبي للتيار حول الجسم المعدني. عندما ينتقل التيار في حلقات حول السلك ، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا في الظفر المعدني أو أي شيء آخر. هذا يخلقالكهرومغناطيسيةيتعارض مع اتجاه البوصلة ويمكن أن يجذب مشابك الورق المعدنية إليها. يعمل هذا النوع من باعث المجال الكهرومغناطيسي بشكل مختلف عن المغناطيس الدائم.

على عكس المغناطيس الدائم ، تحتاج المغناطيسات الكهربائية إلى تيار كهربائي من خلالها لإعطاء مجال مغناطيسي لاستخداماتها. يسمح هذا للعلماء والمهندسين وغيرهم من المهنيين باستخدامها لمجموعة واسعة من التطبيقات والتحكم فيها بشكل كبير.

يمكن حساب المجال المغناطيسي للتيار المستحث في شكل الملف اللولبي للكهرومغناطيسية

بحيثبهو المجال المغناطيسي في تسلا ،μ​_​0​ (تُنطق "mu naught") هي نفاذية الفضاء الحر (قيمة ثابتة 1.257 x 10^-6), ​إلهو طول الجسم المعدني الموازي للحقل ونهو عدد الحلقات حول المغناطيس الكهربائي. باستخدام قانون أمبير ،

يمكنك حساب currenر أنا(بالأمبير).

تعتمد هذه المعادلات بشكل كبير على هندسة الملف اللولبي مع التفاف الأسلاك حول أقرب ما يمكن حول المسمار المعدني. ضع في اعتبارك أن اتجاه التيار هو عكس تدفق الإلكترونات. استخدم هذا لمعرفة كيف يجب أن يتغير المجال المغناطيسي ومعرفة ما إذا كانت إبرة البوصلة تتغير كما ستحسب أو تحدد باستخدام قاعدة اليد اليمنى.

•••سيد حسين أثير

تعتمد تغييرات قانون Ampere على هندسة مولد emf. في حالة مغناطيس كهربائي حلقي الشكل دائري ، الحقل

لنعدد الحلقات وصنصف القطر من المركز إلى مركز الأجسام المعدنية. محيط الدائرة (2 ، ص)في المقام يعكس الطول الجديد للحقل المغناطيسي الذي يأخذ شكلًا دائريًا في جميع أنحاء الحلقي. تسمح أشكال مولدات emf للعلماء والمهندسين بتسخير قوتهم.

تُستخدم الأشكال الحلقية في المحولات التي تستخدم لفائف ملفوفة حولها في طبقات مختلفة مثل ذلك ، عند التيار من خلاله ، فإن emf الناتج والتيار الذي ينشئه استجابةً ينقل القوة بين مختلف لفائف. يتيح الشكل استخدام ملفات أقصر تقلل من خسائر المقاومة أو الخسائر بسبب الطريقة التي تجرح بها التيارات. هذا يجعل المحولات الحلقية فعالة في كيفية استخدامها للطاقة.

يمكن أن تتنوع المغناطيسات الكهربائية في كمية كبيرة من التطبيقات من الآلات الصناعية ومكونات الكمبيوتر والموصلية الفائقة والبحث العلمي نفسه. لا تحقق المواد فائقة التوصيل أي مقاومة كهربائية تقريبًا في درجات حرارة منخفضة جدًا (قريبة من 0 كلفن) يمكن استخدامها في المعدات العلمية والطبية.

ويشمل ذلك التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ومسرعات الجسيمات. تستخدم الملفات اللولبية لتوليد المجالات المغناطيسية في الطابعات النقطية وحاقنات الوقود والآلات الصناعية. المحولات اللولبية على وجه الخصوص لها استخدامات في الصناعة الطبية لكفاءتها في إنشاء الأجهزة الطبية الحيوية.

تُستخدم المغناطيسات الكهربائية أيضًا في المعدات الموسيقية مثل مكبرات الصوت وسماعات الأذن ومحولات الطاقة التي تزيد أو تقلل التيار الجهد على طول خطوط الطاقة ، والتدفئة التعريفي للطبخ والتصنيع وحتى الفواصل المغناطيسية لفرز المواد المغناطيسية من الخردة فلز. يعتمد تحريض التسخين والطهي بشكل خاص على كيفية إنتاج قوة دافعة كهربائية للتيار استجابة لتغير في المجال المغناطيسي.

أخيرًا ، تستخدم القطارات المغناطيسية المغناطيسية قوة كهرومغناطيسية قوية لرفع قطار فوق مسار ومغناطيس كهربائي فائق التوصيل للتسريع إلى سرعات عالية بمعدلات سريعة وفعالة. بصرف النظر عن هذه الاستخدامات ، يمكنك أيضًا العثور على المغناطيسات الكهربائية المستخدمة في تطبيقات مثل المحركات والمحولات وسماعات الرأس ومكبرات الصوت ومسجلات الأشرطة ومسرعات الجسيمات.