تطبيق عملي لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي

تعني كلمة "الاستقراء" باللغة الروسية عمليات الإثارة والتوجيه وخلق شيء ما. في الهندسة الكهربائية ، تم استخدام هذا المصطلح لأكثر من قرنين من الزمان.

بعد قراءة منشورات عام 1821 التي تصف تجارب العالم الدنماركي أورستد على انحرافات إبرة مغناطيسية بالقرب من موصل يحمل تيارًا كهربائيًا ، حدد مايكل فاراداي لنفسه مهمة: تحويل المغناطيسية إلى كهرباء.

بعد 10 سنوات من البحث ، صاغ القانون الأساسي للحث الكهرومغناطيسي ، موضحًا أن القوة الدافعة الكهربية تحدث في أي حلقة مغلقة. يتم تحديد قيمتها من خلال معدل تغير التدفق المغناطيسي الذي يخترق الحلقة المدروسة ، ولكن يتم أخذها بعلامة ناقص.

انتقال الموجات الكهرومغناطيسية عن بعد

التخمين الأول الذي خطر على بال العالم لم يتوج بنجاح عملي.

وضع سلكين مغلقين جنبًا إلى جنب.بالقرب من أحدهما قمت بتثبيت إبرة مغناطيسية كمؤشر على مرور التيار ، وفي السلك الآخر أعطيت نبضة من مصدر كلفاني قوي في ذلك الوقت: قطب فولت.

افترض الباحث أنه مع وجود نبضة تيار في الدائرة الأولى ، فإن المجال المغناطيسي المتغير فيه سيحفز تيارًا في السلك الثاني ، مما يؤدي إلى انحراف الإبرة المغناطيسية. لكن النتيجة كانت سلبية - المؤشر لا يعمل. بدلا من ذلك ، كان يفتقر إلى الحساسية.

يتوقع عقل العالم إنشاء ونقل الموجات الكهرومغناطيسية عن بعد ، والتي تُستخدم الآن في البث الإذاعي والتلفزيون والتحكم اللاسلكي وتقنيات Wi-Fi والأجهزة المماثلة. لقد كان محبطًا ببساطة بسبب قاعدة العناصر غير الكاملة لأجهزة القياس في ذلك الوقت.

إنتاج الكهرباء

بعد تجربة سيئة ، غيّر مايكل فاراداي شروط التجربة.

للتجربة ، استخدم فاراداي ملفين مغلقين. في الدائرة الأولى قام بتغذية تيار كهربائي من مصدر ، وفي الثانية لاحظ ظهور EMF. التيار الذي يمر عبر لفات الملف رقم 1 يخلق تدفقًا مغناطيسيًا حول الملف ، ويخترق الملف رقم 2 ويشكل قوة دافعة كهربائية فيه.

خلال تجربة فاراداي:

• قم بتشغيل نبضة لتزويد الدائرة بجهد كهربائي بملفات ثابتة ؛
• عند تطبيق التيار ، يتم إدخال الملف العلوي في الملف السفلي ؛
• الملف الثابت رقم 1 بشكل دائم وإدخال الملف رقم 2 فيه ؛
• تغيرت سرعة حركة الملفات بالنسبة لبعضها البعض.

في كل هذه الحالات ، لاحظ ظهور تحريض المجالات الكهرومغناطيسية في الملف الثاني. ومع مرور التيار المباشر فقط عبر الملف رقم 1 والملفات الثابتة ، لم تكن هناك قوة دافعة كهربائية.

قرر العالم أن EMF المستحث في الملف الثاني يعتمد على المعدل الذي يتغير به التدفق المغناطيسي. يتناسب مع حجمها.

يتجلى نفس النمط بالكامل عند اجتياز حلقة مغلقة خطوط المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم. تحت تأثير المجالات الكهرومغناطيسية ، يتم توليد تيار كهربائي في السلك.

يتغير التدفق المغناطيسي في الحالة المدروسة في الحلقة Sk التي تم إنشاؤها بواسطة دائرة مغلقة.

وهكذا ، فإن التطور الذي أنشأه فاراداي جعل من الممكن وضع إطار موصل دوار في مجال مغناطيسي.

ثم تم تصنيعها من عدد كبير من المنعطفات المثبتة في المحامل الدوارة ، وفي نهايات الملف ، تم تثبيت حلقات منزلقة وفرشاة منزلقة عليها ، وتم توصيل حمولة من خلال أطراف الغلاف. والنتيجة هي مولد التيار المتردد الحديث.

يتم إنشاء تصميمه الأبسط عندما يتم تثبيت الملف على مبيت ثابت ويبدأ النظام المغناطيسي في الدوران. في هذه الحالة ، يرجع ذلك إلى طريقة توليد التيارات الحث الكهرومغناطيسي لا تنتهك بأي شكل من الأشكال.

مبدأ تشغيل المحركات الكهربائية

يسمح قانون الحث الكهرومغناطيسي ، الذي ابتكره مايكل فاراداي ، بمجموعة متنوعة من تصميمات المحركات الكهربائية. لديهم هيكل مماثل للمولدات: الدوار المتحرك والجزء الثابت الذي يتفاعل مع بعضهما البعض بسبب دوران الحقول الكهرومغناطيسية.

يمر التيار الكهربائي فقط من خلال لف الجزء الثابت للمحرك الكهربائي. إنه يحث على تدفق مغناطيسي يؤثر على المجال المغناطيسي للعضو الدوار. نتيجة لذلك ، تنشأ قوى تقوم بتدوير عمود المحرك. انظر في هذا الموضوع - مبدأ التشغيل وجهاز المحرك الكهربائي

تحويل الكهرباء

حدد مايكل فاراداي مظهر القوة الدافعة الكهربائية المستحثة والتيار المستحث في ملف قريب عندما تغير المجال المغناطيسي في الملف المجاور.

يتم إحداث التيار في الملف القريب عند تشغيل دائرة التبديل في الملف 1 وتكون موجودة دائمًا أثناء تشغيل المولد للملف 3.

يعتمد تشغيل جميع أجهزة المحولات الحديثة على هذه الخاصية ، ما يسمى بالحث المتبادل.

لتحسين مرور التدفق المغناطيسي ، لديهم لفات معزولة موضوعة على قلب مشترك مع الحد الأدنى من المقاومة المغناطيسية. وهي مصنوعة من أنواع خاصة من الفولاذ وتتكون عن طريق تكديس صفائح رقيقة في شكل مقاطع ذات شكل معين ، تسمى قلب مغناطيسي.

تقوم المحولات ، بسبب الحث المتبادل ، بنقل طاقة المجال الكهرومغناطيسي المتناوب من ملف إلى آخر ، لذلك يحدث تغيير ، وهو تحويل لقيمة الجهد عند طرفي الإدخال والإخراج.

تحدد نسبة عدد الدورات في اللفات معامل التحويل ، وسمك السلك ، وبناء وحجم المادة الأساسية - قيمة الطاقة المرسلة ، تيار التشغيل.

تشغيل المحرِّضات

لوحظ مظهر من مظاهر الحث الكهرومغناطيسي في الملف عندما تتغير قيمة التيار المتدفق فيه. هذه العملية تسمى الحث الذاتي.

عند تشغيل المفتاح في الرسم البياني أعلاه ، يغير التيار المستحث طبيعة الزيادة الخطية في تيار التشغيل في الدائرة ، وكذلك أثناء إيقاف التشغيل.

عندما لا يتم تطبيق جهد ثابت ، ولكن يتم تطبيق جهد متناوب على جرح السلك في الملف ، فإن قيمة التيار ، التي يتم تقليلها بواسطة المقاومة الاستقرائية ، تتدفق عبره.تعمل طور طاقة الحث الذاتي على تغيير التيار فيما يتعلق بالجهد المطبق.

تُستخدم هذه الظاهرة في الاختناقات المصممة لتقليل التيارات الكبيرة التي تحدث في ظل ظروف تشغيل معينة. على وجه الخصوص ، يتم استخدام هذه الأجهزة في دائرة إضاءة مصابيح الفلورسنت.

إن ميزة تصميم الدائرة المغناطيسية للخانق هي انقطاع الصفائح ، والذي يتم إنشاؤه لزيادة المقاومة المغناطيسية للتدفق المغناطيسي بسبب تكوين فجوة هوائية.

تستخدم الإختناقات ذات وضع الدائرة المغناطيسية المنقسمة والقابلة للتعديل في العديد من الأجهزة الراديوية والكهربائية. في كثير من الأحيان يمكن العثور عليها في بناء محولات اللحام. إنها تقلل من حجم القوس الكهربائي الذي يمر عبر القطب إلى القيمة المثلى.

أفران الحث

تتجلى ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي ليس فقط في الأسلاك والملفات ، ولكن أيضًا داخل أي أجسام معدنية ضخمة. عادة ما تسمى التيارات المستحثة فيها بالتيارات الدوامة ، وأثناء تشغيل المحولات والموانع ، فإنها تسبب تسخين الدائرة المغناطيسية والهيكل بأكمله.

ولمنع هذه الظاهرة تصنع النوى من صفائح معدنية رقيقة ومعزولة بطبقة من الورنيش تمنع مرور التيارات المستحثة.

في هياكل التدفئة ، لا تحد التيارات الدوامة ، ولكنها تخلق أفضل الظروف لمرورها. أفران الحث تستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي لخلق درجات حرارة عالية.

أجهزة القياس الكهروتقنية

لا تزال فئة كبيرة من أجهزة الحث تعمل في الكهرباء.عدادات كهربائية مع قرص دوار من الألومنيوم مشابه لبناء مرحل طاقة ، أنظمة قرص التخميد ، تعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي.

مولدات الغاز المغناطيسية

إذا تحرك غاز موصل أو سائل أو بلازما في مجال المغناطيس ، بدلاً من الإطار المغلق ، فإن شحنات الكهرباء تحت تأثير خطوط المجال المغناطيسي ستبدأ في الانحراف في اتجاهات محددة بدقة ، وتشكل تيارًا كهربائيًا. يحفز المجال المغناطيسي الموجود على لوحات التلامس الكهربائية المركبة قوة دافعة كهربائية. تحت تأثيرها ، يتم توليد تيار كهربائي في الدائرة المتصلة بمولد MHD.

وهكذا ، يتجلى قانون الحث الكهرومغناطيسي في مولدات MHD.

لا توجد أجزاء دوارة معقدة مثل الدوار. هذا يبسط التصميم ، ويسمح لك بزيادة درجة حرارة بيئة العمل بشكل كبير وفي نفس الوقت كفاءة توليد الكهرباء. تعمل مولدات MHD كمصادر احتياطية أو طارئة قادرة على توليد تدفقات كبيرة من الكهرباء لفترات زمنية قصيرة.

وهكذا ، فإن قانون الحث الكهرومغناطيسي ، الذي تم إثباته في وقت واحد من قبل مايكل فاراداي ، لا يزال ذا صلة اليوم.