ترتبط الكهرباء والمغناطيسية ارتباطًا وثيقًا ، مما يؤدي إلى اعتماد المصطلحالكهرومغناطيسيةلوصف الظواهر المرتبطة. في الواقع ، استعصى مدى صحة هذا إلى حد كبير العلماء حتى النصف الأخير من القرن التاسع عشر ، عندما قام جيمس كليرك ماكسويل ، بالبناء على أعمال علماء الفيزياء المحترمين قبله ، أنتج مجموعته الشهيرة من أربع معادلات تفاضلية (حساب التفاضل والتكامل) تربط معًا خصائص مختلفة للحقول المغناطيسية و المجالات الكهربائية.
فهمالفيض المغناطيسي، أو خطوط المجال المغناطيسي التي تمر عبر مستوى هندسي محدد يسمى aمنطقة ناقلات، يؤدي إلى عدة ظواهر فيزيائية مهمة ، بما في ذلكالحث الكهرومغناطيسي، أو توليد القوة الدافعة الكهربائية (EMF).
ما هو التدفق المغناطيسي؟
إجمالي التدفق المغناطيسي هو في الأساس مقياسكم عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تمر عبر منطقة سطح معينة أ- أي قياس شدة المجال المغناطيسي. بشكل رسمي يتم تعريفه على النحو التالي:
\ Phi_B = B \ cdot A = BA \ cos {\ theta}
أين θ هي الزاوية بين المجال المغناطيسي ب والعمودي على أفي المنطقة المحددة.
- المجال المغناطيسي ب ، أوكثافة التدفق المغناطيسي لكل وحدة مساحة، في تسلا (T) بوحدات SI ، بينما A هي المنطقة التي يمر بها الحقل بالمتر2. وحدة SI للتدفق المغناطيسي هي Weber (Wb) ، حيث Wb = T⋅m2.
إذا كان B غير منتظم عبر سطح A ، فإن تعريف حساب التفاضل والتكامل هو أن Φ = ∫B⋅dA. تعني هذه الوظيفة التكاملية السطحية أن قيم التدفق من خلال أجزاء صغيرة غير محدودة تقريبًا من A يتم تحديدها بشكل مستقل ويتم تجميعها معًا للحصول على قيمة مركبة.
ما هي أهمية التدفق المغناطيسي؟
قانون جاوس: صافي التدفق المغناطيسي من خلال سطح مغلق هو 0. هذه هي الثانية من معادلات ماكسويل ، وهي متوافقة مع فكرة عدم وجود أقطاب أحادية مغناطيسية.
بغض النظر عن الحجم الصغير الذي تختاره ، يمكن دائمًا وصف المجال المغناطيسي بأنه يتضمن ثنائي القطب ، أو مغناطيس قضيب صغير غير مرئي. يتناقض هذا مع المجالات الكهربائية ، التي يتم إنشاؤها بواسطة الشحنات النقطية (أو صفيفات شحنات النقاط القابلة للعزل).
قانون فاراداي للكهرومغناطيسية:الناجم عنالقوة الدافعة الكهربائية(EMF) في ملف من الأسلاك مع عدد N المنعطفات هو N مضروبًا في التغير في التدفق مع مرور الوقت:
EMF = N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t}
يمكن تغيير التدفق في الوقت المناسب عن طريق تغيير B ، أو تغيير منطقة المقطع العرضي A ، أو تغيير الزاوية بين B و A عن طريق تدوير الملف أو مصدر الحقل.
- EMF لديها وحدات جهد (فرق الجهد) ، وليس قوة. يطلق عليها اسم "القوة" لأن الجهد هو ما يدفع الشحنات إلى التحرك ، وتوليد التيار ، في المقام الأول.
قانون لينز:يتدفق التيار الكهربائي المستحث في اتجاه يعارض التغيير الذي تسبب فيه. على سبيل المثال ، لنفترض أن لديك ملفًا من الأسلاك غير متصل بأي مصدر طاقة.
تخيل تحريك قضيب مغناطيسي بالطول في منتصف الملف على طول محوره ، مثل إدخال قضيب أسفل منتصف أنبوب طويل دون لمس جوانب الأنبوب. هذا المجال المتزايد في الملف يحث التيار على التدفق في اتجاه بحيث يولد مجالًا مغناطيسيًا يعاكس الزيادة.
إذا كررت هذا الإجراء بعد تبديل طرفي القطب الجنوبي والقطب الشمالي للمغناطيس ، فإن التغيير الناتج يكون متساويًا في الحجم والعكس في الاتجاه مقارنة بالحالة الأولى ، وسوف يتدفق التيار في الاتجاه المعاكس مثل a نتيجة.