⚡️ الحث الكهرومغناطيسي وقاعدة لنز
مقدمة الدرس: في هذا الدرس سنتعرف على مفهوم الحث الكهرومغناطيسي من خلال تجارب العالم مايكل فاراداي، ونفهم كيف يمكن لحركة مغناطيس أن تولد تيارًا كهربائيًا. الفيزياء هنا ليست مجرد قوانين، بل تجربة ممتعة تفتح لنا أبواب التكنولوجيا الحديثة! ⚡
لاحظ أورستد أن التيار الكهربي يولد مجالاً مغناطيسياً، بينما أثبت فاراداي العكس: أن التغير في المجال المغناطيسي يمكنه توليد تيار كهربي. هكذا وُلد مفهوم الحث الكهرومغناطيسي.
🧪 تعريف الحث الكهرومغناطيسي
هو ظاهرة تولُّد قوة دافعة كهربية مستحثة وتيار مستحث عند تغير الفيض المغناطيسي الذي يقطع ملفاً أو موصلاً مع الزمن.
🧪 تجارب فاراداي
- تم توصيل ملف بجلفانومتر حساس.
- عند إدخال مغناطيس داخل الملف → ينحرف المؤشر.
- عند إخراج المغناطيس → ينحرف المؤشر في الاتجاه المعاكس.
الاستنتاج: يتولد تيار مستحث عند تغير الفيض. ويعتمد اتجاهه على اتجاه الحركة.
📐 قانون فاراداي
emf = -N × (dφ/dt)
- N: عدد اللفات
- φ: الفيض المغناطيسي
- الإشارة السالبة: تُعبّر عن اتجاه التيار المستحث يعاكس التغير المسبب له
🔁 قاعدة لنز
"يكون اتجاه التيار المستحث بحيث يُولد مجالاً يعاكس التغير المسبب له"
🌀 تطبيقات:
- عند تقريب القطب الشمالي → يتولد قطب شمالي في الملف ليقاوم الاقتراب.
- عند إبعاد القطب الشمالي → يتولد قطب جنوبي ليجذب المجال ويُقلل النقص.
يُمكن تحديد الاتجاه باستخدام: قاعدة أمبير لليد اليمنى أو قاعدة عقارب الساعة.
📊 قانون فاراداي عمليًا
- التغير في الفيض يحدث إما بتغير المجال B، أو مساحة الملف A، أو كلاهما.
- الفيض: φ = B × A × cos(θ)
- القوة الدافعة: emf = -N Δφ/Δt
- التيار المستحث: I = emf / R
- كمية الشحنة: Q = I × t
- عدد الإلكترونات: N = Q / e
🧠 حالات خاصة للملف في مجال
- دورة كاملة (360°) → Δφ = 0 → emf = 0
- نصف دورة → Δφ = -2BA
- ربع دورة من وضع عمودي → Δφ = -BA
🔢 مسائل تطبيقية
مثال: ملف 400 لفة ومساحة 50 cm2 يخترقه مجال 0.2 T:
- في حالة التلاشي خلال 0.01 ثانية → emf = 40V
- قلب الملف خلال 0.01 ثانية → emf = 80V
- تناقص B إلى 0.1T خلال 0.001 ثانية → emf = 200V
- زيادة B إلى 0.4T خلال 0.001 ثانية → emf = -400V
🧭 سؤال: عقرب ثوانٍ يدور داخل مجال 40 mT
- طول العقرب = 14 cm، الزمن = 60 s
- emf = -NBπr2/t = -4 × 10-5 V
فيديو الدرس
📌 ماذا تريد أن تفعل بعد انتهاء الدرس؟