00971504825082
الحث الكهرومغناطيسي وقانون فرداي
|
الحث الكهرومغناطيسي – فارادي و لينز
Electromagnetic Induction – Faraday & Lenz
أنا العالم مايكل فرداي – اكتشاف (1831): ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.
عند تقريب مغناطيس من ملف أو إبعاده يتولد في الملف تيار مستحث، أي فرق جهد مستحث نشأ بتأثير تغير المجال المغناطيسي على الملف.
وهذا التيار الكهربائي ينشأ في ملف موصل عند تغير المجال المغناطيسي حوله.
السبب: حركة المغناطيس (تقريبه أو إبعاده) تؤدي إلى تغير التدفق المغناطيسي عبر الملف.
بشكل منفصل قام العالم هنري بالبحث في توليد تيار مستحث من خلال تغير المجال الذي يخترق ملف.
I am Michael Faraday – Discovery (1831): Electromagnetic Induction.
When a magnet is moved toward or away from a coil, an induced current is generated in the coil.
An induced emf arises due to the change in magnetic flux through the coil.
The current is induced when the magnetic field through a conducting loop changes.
The cause: motion of the magnet (approach or retreat) changes the magnetic flux through the coil.
Independently, Henry investigated induced currents by changing the field through a coil.
معلومات مفيدة: المغناطيس الكهربائي – مرور تيار في ملف يتحول الملف لمغناطيس كهربائي.
وبتطبيق قاعدة القبضة نحدد اتجاه المجال: الإبهام تشير إلى اتجاه المجال داخل الملف (تشير إلى قطب شمالي).
لاحظ: القطب الشمالي يدور التيار عكس عقارب الساعة، والقطب الجنوبي يدور التيار مع عقارب الساعة (بشرط أن تنظر من الجهة التي تريد تحديد قطبها).
Useful info: Electromagnet – when current flows in a coil, it becomes an electromagnet.
Using the right-hand grip rule, we determine the field direction.
Thumb points to the direction of the field inside the coil (points to North Pole).
Note: North pole – current counterclockwise; South pole – current clockwise (when viewed from the pole side).
الحث الكهرومغناطيسي وتجربة فرداي:
توصل العالم مايكل فارادي عملياً حيث وجد أن تحريك موصل داخل مجال مغناطيسي خارجي يولد تياراً كهربائياً داخل هذا الموصل.
لاحظ اقتراب المغناطيس من السلك الملفوف → يتكون مجال معاكس للمسبب حتى يقلل التغير في التدفق.
لاحظ ابتعاد المغناطيس → يتكون مجال مشابه للمسبب حتى يقلل التغير في التدفق.
وضح فارادي بأن متوسط القوة الدافعة الحثية المتولدة في موصل معين تساوي معدل التغير الزمني في التدفق المغناطيسي.
وإذا كان الملف بعدد لفات N:
\[ \mathcal{E} = -N \frac{d\Phi_B}{dt} \]
Electromagnetic induction and Faraday's experiment:
Moving a conductor in an external magnetic field generates an electric current inside the conductor.
Approach of magnet to coil → opposing field to reduce flux change.
Retreat of magnet → similar field to reduce flux change.
Faraday showed that the average induced emf equals the time rate of change of magnetic flux.
For a coil with N turns:
\[ \mathcal{E} = -N \frac{d\Phi_B}{dt} \]
قيم ما تعلمت: عند تقريب المغناطيس (القطب الشمالي) من الملف، يتولد تيار مستحث.
ما اتجاه دوران التيار؟ وما اسم القطب الذي أمامك مباشرة؟
Test yourself: When N-pole magnet approaches the coil, induced current direction?
What is the direction of current and the pole facing you?
(قطب شمال) Counterclockwise
(North Pole)
(قطب جنوبي) Clockwise
(South Pole)
عند تقريب المغناطيس (القطب الجنوبي) من الملف، يتولد تيار مستحث.
When S-pole magnet approaches the coil, induced current direction?
(قطب جنوبي) Clockwise
(South Pole)
(قطب شمالي) Counterclockwise
(North Pole)
عند إبعاد المغناطيس (القطب الشمالي) من الملف، يتولد تيار مستحث.
When N-pole magnet moves away from the coil, induced current direction?
(قطب جنوبي) Clockwise
(South Pole)
(قطب شمالي) Counterclockwise
(North Pole)
عند إبعاد المغناطيس (القطب الجنوبي) من الملف، يتولد تيار مستحث.
When S-pole magnet moves away from the coil, induced current direction?
(قطب شمال) Counterclockwise
(North Pole)
(قطب جنوبي) Clockwise
(South Pole)
محاكاة الحث المتبادل بين دوائر كهربائية
Mutual Induction Simulation
التجربة
Experiment
عند غلق الدائرة الأولى، ينشأ تيار في الدائرة الثانية لفترة قصيرة في الاتجاه المعاكس للتيار في الدائرة الأولى (حسب قانون لنز). عند فتح الدائرة الأولى، ينشأ تيار في الدائرة الثانية في نفس اتجاه التيار الأصلي.
عند إنقاص المقاومة المتغيرة ينشأ تيار في الدائرة الثانية لفترة قصيرة في الاتجاه المعاكس للتيار في الدائرة الأولى (حسب قانون لنز) وعند زيادة المقاومة المتغيرة في الدائرة الأولى، ينشأ تيار في الدائرة الثانية في نفس اتجاه التيار الأصلي.
عند إدخال نواة الحديد في الدائرة الأولى، ينشأ تيار في الدائرة الثانية لفترة قصيرة في الاتجاه المعاكس للتيار في الدائرة الأولى (حسب قانون لنز). عند إخراج نواة الحديد من الدائرة الأولى، ينشأ تيار في الدائرة الثانية في نفس اتجاه التيار الأصلي.
عند ضغط الملف وإنقاص طوله في الدائرة الأولى، ينشأ تيار في الدائرة الثانية لفترة قصيرة في الاتجاه المعاكس للتيار في الدائرة الأولى (حسب قانون لنز). عند شد الملف وزيادة طوله في الدائرة الأولى، ينشأ تيار في الدائرة الثانية في نفس اتجاه التيار الأصلي.
دائرتين: الأولى ملف متصل ببطارية ومقاومة، والثانية ملف متصل بجلفانومتر.
عند غلق المفتاح، حدد أقطاب الملف الأول (A).
Two coils: Coil A connected to battery & resistor, coil B connected to galvanometer.
When switch is closed, determine the poles of coil A.
بعد إغلاق الدائرة الأولى A، حدد أقطاب الملف B.
After closing circuit A, determine the poles of coil B.
تم زيادة المقاومة في الدائرة A (وهي مغلقة)، حدد أقطاب الدائرة B.
When resistance in circuit A is increased (while closed), determine the poles of coil B.
📘 معلومات مفيدة: التدفق المغناطيسي
يتم توليد تيار مستحث في الملف المجاور من خلال تقريب وإبعاد المغناطيس والملف عن بعضهما البعض.
لاحظ أن عدد خطوط المجال التي تخترق الملف تتغير: تزداد في حالة التقريب، وتقل في حالة الإبعاد.
نسمي عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تجتاز مساحة سطح ما بشكل عمودي بالتدفق المغناطيسي.
وبإجراء التكامل والضرب القياسي نحصل على علاقة التدفق المغناطيسي:
- A: مساحة السطح، تقدر بوحدة متر مربع (m²)
- B: شدة المجال المغناطيسي، تقدر بوحدة تسلا (T)
- θ: الزاوية بين المجال والعمود الخارج من السطح
لاحظنا مما سبق يتولد قوة محركة مستحثة في ملف إذا تغير معدل التدفق.
الإشارة السالبة استناداً إلى قانون لنز الذي سنتعرف عليه فيما بعد.
وحسب قاعدة اشتقاق الضرب (Product Rule):
- المصطلح الأول \[ -B \cos\theta \frac{dA}{dt} \]: ينتج عن تغير المساحة (A)
- المصطلح الثاني \[ -A \cos\theta \frac{dB}{dt} \]: ينتج عن تغير المجال المغناطيسي (B)
- المصطلح الثالث \[ +A B \sin\theta \frac{d\theta}{dt} \]: ينتج عن تغير الزاوية (θ) - دوران الملف
ملاحظة: كل مصطلح يمثل حالة خاصة من حالات الحث الكهرومغناطيسي:
• تغير المجال (المجال المتغير)
• تغير المساحة (ملف مرن أو متحرك)
• تغير الزاوية (ملف دوار في مجال مغناطيسي)
حاسبة التدفق المغناطيسي
Magnetic Flux Calculator
ملف دائري مساحة سطحه \[A=0.1 m^2\] وضع داخل مجال مغناطيسي منتظم شدته \[B=0.3 T\] كما في الشكل احسب التدفق في الحالات التالية:
A circular coil of area \[A=0.1 m^2\] is placed in a uniform magnetic field \[B=0.3 T\] as shown. Calculate the flux in the following cases:
المجال يصنع زاوية قدرها \(60^0\) مع العمود على السطح
|
المجال يصنع زاوية قدرها \(60^0\) مع السطح
|
المجال يوازي السطح
|
المجال عمودي على السطح
|
فرق الجهد المستحث بسبب تغير المجال المغناطيسي
\[ \mathcal{E} = - N A \cos\theta \frac{dB}{dt} \]
فرق الجهد المستحث بسبب تغير المساحة
\[ \mathcal{E} = - B \cos\theta \frac{dA}{dt} \]
فرق الجهد المستحث بسبب تغير الزاوية (دوران)
\[ \mathcal{E} = A B \sin\theta \frac{d\theta}{dt} = A B \omega \sin\theta \]
حاسبة فرق الجهد المستحث (تغير \[B\])
Induced EMF Calculator (Changing \[B\])
حاسبة فرق الجهد (تغير المساحة)
Induced EMF Calculator (Changing Area)
\[∆𝑉_{𝑖𝑛𝑑} = A B \sin\theta \frac{d\theta}{dt} = A B \omega \sin\theta\]
حاسبة فرق الجهد (ملف دوار)
Induced EMF Calculator (Rotating Coil)
أنا العالم هنريش لينز
لاحظت عند تقريب مغناطيس من ملف (زيادة التدفق) يتولد تيار مستحث ينشأ مجال مغناطيسي معاكس للمجال المؤثر يعمل على مقاومة التغير في التدفق.
وفي حالة الإبعاد (نقصان التدفق) يتولد تيار مستحث ينشأ مجال مغناطيسي مشابه للمجال المؤثر يعمل على مقاومة التغير في التدفق.
هذه هي قاعدة لينز: القوة الدافعة المستحثة تعاكس التغير في التدفق.
\[ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} \]
الإشارة السالبة دليل على أن القوة المحركة المستحثة معاكسة للمسبب.
I am Heinrich Lenz
When approaching a magnet to a coil (increasing flux), the induced current creates a magnetic field opposing the change.
When retreating (decreasing flux), the induced current creates a field in the same direction as the change.
This is Lenz's law: the induced emf opposes the change in flux.
\[ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} \]
The negative sign indicates opposition to the cause.
أي الملفات التالية يتولد بها تيار مستحث مع عقارب الساعة وأنت تنظر من الأعلى؟
Which of the following produces an induced current clockwise (viewed from above)?
|
|
|
|
محاكاة تيارات إيدي (فوكو)
Eddy Currents (Foucault) Simulation
تيارات إيدي، أو تيارات فوكو، هي تيارات تتولد عن تغير في التدفق المغناطيسي المار عبر جسيم موصل.
تجربة البندول المعدني الصلب
Solid metal pendulum
قطعة معدنية صلبة بدون فتحات
تجربة البندول المعدني المثقب
Slotted metal pendulum
قطعة معدنية بها فتحات تقلل تيارات إيدي
النتائج والمقارنة
Results & Comparison
عند تشغيل التجربة، سوف تلاحظ أن البندول المعدني الصلب يتوقف بسرعة أكبر من البندول المثقب. هذا بسبب تولد تيارات إيدي (فوكو) في المعدن الصلب التي تبدد الطاقة الحركية كحرارة، بينما تقل هذه التيارات في المعدن المثقب مما يسمح للبندول بالاستمرار في الحركة لفترة أطول.
جهاز كشف الفلزات: يتكون من ملف إرسال وملف استقبال، يتم توصيل ملف الإرسال بمصدر تيار متغير مما يولد مجالاً مغناطيسياً متغيراً فيؤثر على ملف الاستقبال. عند مرور قطعة معدنية تعمل كملف استقبال ثانوي، وتُولد مجالاً معاكساً (حسب قاعدة لينز) يقلل من مجال ملف الاستقبال، وتنشأ إشارة صوتية أو ضوئية تشير إلى وجود المعدن.
Metal detector: It consists of a transmitter coil and a receiver coil. The transmitter coil is connected to an AC source, producing a changing magnetic field that induces a current in the receiver coil. When a metal object passes near, it acts like a secondary coil, and by Lenz's law it generates an opposing field that reduces the receiver's field, triggering a signal.
© 2025 – Physics Interactive | الحث الكهرومغناطيسي
المصدر: فيزياء الحث الكهرومغناطيسي – إعداد: فريق التعليم
Physics
في سؤال تحديد القطب p و q في الدائرتين a ,b بس نستخدم قاعده اليد اليمنى في الدائره a حيكون المجال من اليمين لليسار اي القطب المعطى لازم يكون قطب جنوبي وليس شمالي
ReplyDelete