قانون الحث الكهرومغناطيسي. حكم لينز وفاراداي

الكهرباءو المجالات المغناطيسيةيتم توليدها من نفس المصادر - الشحنات الكهربائية، لذلك يمكننا أن نفترض أن هناك اتصال معين بين هذه المجالات. وجد هذا الافتراض تأكيدًا تجريبيًا في عام 1831 في تجارب الفيزيائي الإنجليزي المتميز إم فاراداي. فتح ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.

ظاهرة الحث الكهرومغناطيسييكمن وراء تشغيل مولدات التيار الكهربائي، والتي تمثل كل الكهرباء المولدة في العالم.

• الفيض المغناطيسي

الخاصية الكمية لعملية تغير المجال المغناطيسي خلال حلقة مغلقة هي كمية فيزيائية تسمى الفيض المغناطيسي. التدفق المغناطيسي (F) عبر حلقة مغلقة بمساحة (S) هو كمية فيزيائية تساوي منتج حجم ناقل الحث المغناطيسي (B) على مساحة الحلقة (S) وجيب تمام الزاوية بينالمتجه B وطبيعي على السطح: Φ = BS cos α. وحدة التدفق المغناطيسي F - ويبر (Wb): 1 Wb = 1 T · 1 م2.

عمودي أقصى.

إذا كان ناقل الحث المغناطيسي موازيمنطقة الكفاف، ثم التدفق المغناطيسي يساوي الصفر.

• قانون الحث الكهرومغناطيسي

تم إنشاء قانون الحث الكهرومغناطيسي تجريبيًا: القوة الدافعة الكهربية المستحثة في دائرة مغلقة تساوي في الحجم معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده الدائرة: وتسمى هذه الصيغة قانون فاراداي .

إن العرض الكلاسيكي للقانون الأساسي للحث الكهرومغناطيسي هو تجربة فاراداي الأولى. في ذلك، كلما قمت بتحريك المغناطيس بشكل أسرع من خلال المنعطفات من الملف، كلما زاد التيار المستحث فيه، وبالتالي EMF المستحث.

• حكم لينز

تم إثبات اعتماد اتجاه التيار التعريفي على طبيعة التغير في المجال المغناطيسي من خلال حلقة مغلقة بشكل تجريبي في عام 1833 على يد الفيزيائي الروسي إي إتش لينز. وفق حكم لينز ، فإن التيار المستحث الناشئ في دائرة مغلقة بمجالها المغناطيسي يقاوم التغير في التدفق المغناطيسي الذي يحدث به مُسَمًّى.وبإيجاز أكثر يمكن صياغة هذه القاعدة على النحو التالي: يتم توجيه التيار المستحث لمنع ذلك السبب المسبب لذلك. تعكس قاعدة لينز الحقيقة التجريبية المتمثلة في أن لديهم دائمًا إشارات معاكسة (مطروحًا منها تسجيل الدخول). صيغة فاراداي).

صمم لينز جهازًا يتكون من حلقتين من الألومنيوم، مصمتتين ومقطعتين، مثبتتين على عارضة من الألومنيوم. يمكن أن تدور حول محور مثل الروك. عندما تم إدخال مغناطيس في حلقة صلبة، بدأ "بالهرب" من المغناطيس، مما أدى إلى تدوير الذراع المتأرجح وفقًا لذلك. عندما تمت إزالة المغناطيس من الحلقة، حاول "اللحاق" بالمغناطيس. عندما تحرك المغناطيس داخل حلقة القطع، لم تحدث أي حركة. وأوضح لينز التجربة بقوله إن المجال المغناطيسي للتيار المستحث يسعى إلى تعويض التغير في التدفق المغناطيسي الخارجي.

قاعدة لينز لها معنى مادي عميق - إنها تعبر قانون الحفاظ على الطاقة.

ما هي أفضل طريقة للقراءة عن الأساسيات مساء الاثنين؟ الديناميكا الكهربائية. هذا صحيح، يمكنك العثور على العديد من الأشياء الأفضل. ومع ذلك، ما زلنا نقترح عليك قراءة هذه المقالة. لا يستغرق الأمر الكثير من الوقت، وستبقى المعلومات المفيدة في العقل الباطن. على سبيل المثال، أثناء الامتحان، تحت الضغط، سيكون من الممكن استخراج قانون فاراداي بنجاح من أعماق الذاكرة. وبما أن هناك العديد من قوانين فاراداي، فلنوضح أننا هنا نتحدث عن قانون فاراداي للاستقراء.

الديناميكا الكهربائية– فرع من فروع الفيزياء يدرس المجال الكهرومغناطيسي بجميع مظاهره.

ويشمل ذلك تفاعل المجالات الكهربائية والمغناطيسية، والتيار الكهربائي، والإشعاع الكهرومغناطيسي، وتأثير المجال على الأجسام المشحونة.

نحن هنا لا نهدف إلى النظر في جميع الديناميكا الكهربائية. لا سمح الله دعونا نلقي نظرة أفضل على أحد قوانينها الأساسية، وهو ما يسمى قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.

التاريخ والتعريف

اكتشف فاراداي، بالتوازي مع هنري، ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في عام 1831. صحيح أنني تمكنت من نشر النتائج في وقت سابق. يستخدم قانون فاراداي على نطاق واسع في التكنولوجيا، في المحركات الكهربائية والمحولات والمولدات والاختناقات. ما هو جوهر قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، ببساطة؟ هنا الحاجة!

عندما يتغير التدفق المغناطيسي خلال حلقة موصلة مغلقة، ينشأ تيار كهربائي في الحلقة. أي أننا إذا قمنا بلف إطار من السلك ووضعناه في مجال مغناطيسي متغير (خذ مغناطيسًا ولفه حول الإطار)، فسوف يتدفق التيار عبر الإطار!

أطلق فاراداي على هذا التيار اسم الحث، كما أُطلق على الظاهرة نفسها اسم الحث الكهرومغناطيسي.

الحث الكهرومغناطيسي- حدوث تيار كهربائي في دائرة مغلقة عندما يتغير التدفق المغناطيسي المار عبر الدائرة.

صياغة القانون الأساسي للديناميكا الكهربائية – قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، يبدو وأصواتا على النحو التالي:

المجالات الكهرومغناطيسيةالتي تنشأ في الدائرة تتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي F من خلال الدائرة.

تسأل من أين يأتي الطرح في الصيغة؟ لشرح علامة الطرح في هذه الصيغة هناك خاص حكم لينز. وتقول أن علامة الطرح، في هذه الحالة، تشير إلى اتجاه القوة الدافعة الكهربية الناشئة. والحقيقة هي أن المجال المغناطيسي الناتج عن التيار التعريفي يتم توجيهه بطريقة تمنع التغيير في التدفق المغناطيسي الذي تسبب في التيار التعريفي.

أمثلة على حل المشكلات

يبدو أن هذا كل شيء. تعد أهمية قانون فاراداي أمرًا أساسيًا، لأن أساس الصناعة الكهربائية بأكملها تقريبًا مبني على استخدام هذا القانون. لمساعدتك على الفهم بشكل أسرع، دعونا نلقي نظرة على مثال لحل مشكلة باستخدام قانون فاراداي.

وتذكروا أيها الأصدقاء! إذا كانت مهمة ما عالقة مثل العظمة في حلقك، ولم يعد بإمكانك تحملها، فاتصل بمؤلفينا! الآن أنت تعرف . سنقدم بسرعة حلاً مفصلاً ونوضح جميع الأسئلة!

ونتيجة لتجارب عديدة، أنشأ فاراداي القانون الكمي الأساسي للحث الكهرومغناطيسي. وأظهر أنه كلما كان هناك تغيير في تدفق الحث المغناطيسي المقترن بالدائرة، يظهر تيار مستحث في الدائرة. يشير حدوث تيار تحريضي إلى وجود قوة دافعة كهربائية في الدائرة، تسمى القوة الدافعة الكهربائية للحث الكهرومغناطيسي. أثبت فاراداي أن قيمة القوة الدافعة الكهربية للحث الكهرومغناطيسي E i تتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي:

ه ط = -ك، (27.1)

حيث K هو معامل التناسب الذي يعتمد فقط على اختيار وحدات القياس.

في نظام الوحدات الدولي SI، المعامل K = 1، أي.

ه ط = - . (27.2)

تمثل هذه الصيغة قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي. تتوافق علامة الطرح في هذه الصيغة مع قاعدة (قانون) لينز.

يمكن أيضًا صياغة قانون فاراداي بهذه الطريقة: الحث الكهرومغناطيسي emf E i في الدائرة يساوي عدديًا ومعاكسًا في الإشارة لمعدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي تحده هذه الدائرة. هذا القانون عالمي: EMF E i لا يعتمد على الطريقة التي يتغير بها التدفق المغناطيسي.

تُظهر علامة الطرح (27.2) أن الزيادة في التدفق (> 0) تؤدي إلى emf E i< 0, т.е. магнитный поток индукционного тока направлен навстречу потоку, вызвавшему его; уменьшение потока ( < 0) вызывает E i >0 أي أن اتجاهات التدفق المغناطيسي للتيار المستحث والتدفق المسبب له يتطابقان. علامة الطرح في الصيغة (27.2) هي تعبير رياضي عن قاعدة لينز - وهي قاعدة عامة لإيجاد اتجاه التيار المستحث (وبالتالي إشارة الحث والقوة الدافعة الكهربية)، المستمدة في عام 1833. قاعدة لينز: التيار المستحث يكون دائمًا موجهة وذلك لمواجهة السبب الذي أدى إلى ذلك. بمعنى آخر، يخلق التيار المستحث تدفقًا مغناطيسيًا يمنع التغير في التدفق المغناطيسي الذي يسبب القوة الدافعة الكهربية المستحثة.

يتم التعبير عن emf المستحث بالفولت (V). وبالفعل، مع الأخذ في الاعتبار أن وحدة التدفق المغناطيسي هي الفيبر (Wb)، نحصل على:

إذا كانت الدائرة المغلقة التي يتم فيها إحداث القوة الدافعة الكهربية المستحثة تتكون من N من اللفات، فإن E i ستكون مساوية لمجموع القوة الدافعة الكهربية المستحثة في كل من اللفات. وإذا كان التدفق المغناطيسي الذي تغطيه كل دورة هو نفسه ويساوي Ф، فإن التدفق الإجمالي عبر سطح الدورات N يساوي (NF) - إجمالي التدفق المغناطيسي (ارتباط التدفق). في هذه الحالة فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة هي:

ه ط = -ن× , (27.3)

الصيغة (27.2) تعبر عن قانون الحث الكهرومغناطيسي بشكل عام. ينطبق هذا على كل من الدوائر الثابتة والموصلات المتحركة في المجال المغناطيسي. يتكون المشتق الزمني للتدفق المغناطيسي الموجود فيه عمومًا من جزأين، أحدهما ناتج عن التغير في الحث المغناطيسي بمرور الوقت، والآخر بسبب حركة الدائرة بالنسبة للمجال المغناطيسي (أو تشوهه). دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة على تطبيق هذا القانون.

مثال 1. موصل مستقيم طوله l يتحرك موازيا لنفسه في مجال مغناطيسي منتظم (الشكل 38). يمكن أن يكون هذا الموصل جزءًا من دائرة مغلقة، وتكون الأجزاء المتبقية منها ثابتة. دعونا نجد القوة الدافعة الكهربية الناشئة في الموصل.

إذا كانت القيمة اللحظية لسرعة الموصل هي الخامس، ثم في الوقت المناسب dt سوف يصف المنطقة dS = l× الخامس×dt وخلال هذا الوقت سوف يعبر جميع خطوط الحث المغناطيسي التي تمر عبر dS. ولذلك فإن التغير في التدفق المغناطيسي عبر الدائرة، التي تتضمن موصلًا متحركًا، سيكون dФ = B n ×l× الخامس×دت. هنا B n هو مكون الحث المغناطيسي المتعامد مع dS. باستبدال هذا في الصيغة (27.2) نحصل على قيمة emf:

ه ط = ب ن ×ل× الخامس. (27.4)

يتم تحديد اتجاه التيار المستحث وإشارة المجال الكهرومغناطيسي بواسطة قاعدة لينز: التيار المستحث في الدائرة دائمًا ما يكون له اتجاه بحيث يمنع المجال المغناطيسي الذي ينشئه التغيير في التدفق المغناطيسي الذي تسبب في هذا التيار المستحث. في بعض الحالات، من الممكن تحديد اتجاه التيار المستحث (قطبية القوة الدافعة الكهربية المستحثة) وفقًا لصيغة أخرى لقاعدة لينز: يتم توجيه التيار المستحث في موصل متحرك بحيث تكون قوة الأمبير الناتجة عكس ناقل السرعة (يبطئ الحركة).

دعونا نلقي نظرة على مثال رقمي. موصل رأسي (هوائي السيارة) طوله l = 2 m يتحرك من الشرق إلى الغرب في المجال المغناطيسي للأرض بسرعة الخامس= 72 كم/ساعة = 20 م/ث. دعونا نحسب الجهد بين طرفي الموصل. نظرًا لأن الموصل مفتوح، فلن يكون هناك تيار فيه وسيكون الجهد عند الأطراف مساويًا للقوة الدافعة الكهربية المستحثة. وباعتبار أن المركبة الأفقية للحث المغناطيسي للمجال الأرضي (أي المركبة المتعامدة مع اتجاه الحركة) لخطوط العرض الوسطى تساوي 2×10 -5 T، باستخدام الصيغة (27.4) نجد

U = بن×ل× الخامس= 2×10 -5 ×2×20 = 0.8×10 -3 فولت،

أولئك. حوالي 1 مللي فولت. المجال المغناطيسي للأرض موجه من الجنوب إلى الشمال. ولذلك نجد أن القوة الدافعة الكهربية موجهة من الأعلى إلى الأسفل. هذا يعني أن الطرف السفلي من السلك سيكون له جهد أعلى (مشحون بشكل إيجابي)، والطرف العلوي سيكون له جهد أقل (مشحون بشكل سلبي).

مثال 2. توجد دائرة سلكية مغلقة في مجال مغناطيسي، يخترقها تدفق مغناطيسي F. لنفترض أن هذا التدفق يتناقص إلى الصفر ونحسب إجمالي كمية الشحنة التي تمر عبر الدائرة. يتم التعبير عن القيمة اللحظية للقوة الدافعة الكهربية أثناء اختفاء التدفق المغناطيسي بالصيغة (27.2). ولذلك، وفقا لقانون أوم، فإن القيمة اللحظية للتيار هي

حيث R هي المقاومة الكلية للدائرة.

مقدار الشحن الذي تم تمريره يساوي

ف = = - = . (27.6)

تعبر العلاقة الناتجة عن قانون الحث الكهرومغناطيسي بالشكل الذي وجده فاراداي، والذي استنتج من تجاربه أن كمية الشحنة التي تمر عبر الدائرة تتناسب مع العدد الإجمالي لخطوط الحث المغناطيسي التي يعبرها الموصل (أي التغير في التدفق المغناطيسي Ф 1 -Ф 2)، ويتناسب عكسيا مع مقاومة الدائرة R. العلاقة (27.6) تسمح لنا بتحديد وحدة التدفق المغناطيسي في نظام SI: ويبر - التدفق المغناطيسي، عندما ينخفض ​​إلى الصفر، تمر شحنة مقدارها 1 C عبر دائرة متصلة بمقاومة قدرها 1 أوم.

وفقًا لقانون فاراداي، فإن حدوث الحث الكهرومغناطيسي emf ممكن أيضًا في حالة وجود دائرة ثابتة تقع في مجال مغناطيسي متناوب. ومع ذلك، فإن قوة لورنتز لا تؤثر على الشحنات الثابتة، لذلك في هذه الحالة لا يمكن أن تكون سببًا في حدوث القوة الدافعة الكهربية المستحثة. لشرح القوة الدافعة الكهربية المستحثة في الموصلات الثابتة، اقترح ماكسويل أن أي مجال مغناطيسي متناوب يثير مجالًا كهربائيًا دواميًا في الفضاء المحيط، وهو سبب ظهور التيار المستحث في الموصل. إن تداول ناقل القوة لهذا المجال على طول أي كفاف ثابت L للموصل هو المجال الكهرومغناطيسي للحث الكهرومغناطيسي:

ه ط = = - . (27.7)

خطوط شدة المجال الكهربائي الدوامي عبارة عن منحنيات مغلقة، لذلك عندما تتحرك شحنة في مجال كهربائي دوامي على طول محيط مغلق، يتم تنفيذ عمل غير صفري. هذا هو الفرق بين المجال الكهربائي الدوامي والمجال الكهروستاتيكي الذي تبدأ خطوط التوتر فيه وتنتهي عند الشحنات.

فيدون ف. ملاحظات محاضرة في الفيزياء الكهرومغناطيسية

المحاضرة 26.

الحث الكهرومغناطيسي. اكتشاف فاراداي .

في عام 1831، قام السيد فاراداي بأحد أهم الاكتشافات الأساسية في الديناميكا الكهربائية - تم اكتشاف هذه الظاهرة الحث الكهرومغناطيسي .

في دائرة موصلة مغلقة، عندما يتغير التدفق المغناطيسي (التدفق المتجه) الذي تغطيه هذه الدائرة، ينشأ تيار كهربائي.

ويسمى هذا التيار تعريفي .

ظهور التيار التعريفي يعني أنه عندما يتغير المجال المغناطيسي

اكتشف فاراداي أنه يمكن إنتاج التيار المستحث بطريقتين مختلفتين، وهو ما يمكن تفسيره بسهولة عن طريق الرسم التخطيطي.

الطريقة الأولى: تحريك الإطار في المجال المغناطيسي لملف ثابت (انظر الشكل 26.1).

الطريقة الثانية: تغيير المجال المغناطيسي ، تم إنشاؤها بواسطة الملف ، بسبب حركتها أو بسبب التغيرات في القوة الحالية فيه (أو كلاهما معًا). إطار بينما بلا حراك.

وفي كلتا الحالتين الجلفانومتر سوف يشير إلى وجود التيار التعريفي في الإطار .

اتجاه التيار التعريفي وبالتالي علامة emf. تعريفي يتم تحديدها بواسطة قاعدة لينز.

حكم لينز.

يتم توجيه التيار التعريفي دائمًا بطريقة تعالج السبب الذي يسببه. .

تعبر قاعدة لينز عن خاصية فيزيائية مهمة - وهي رغبة النظام في مواجهة التغيرات في حالته. هذه الخاصية تسمى الجمود الكهرومغناطيسي .

قانون الحث الكهرومغناطيسي (قانون فاراداي).

مهما كان سبب التغير في التدفق المغناطيسي الذي تغطيه دائرة موصلة مغلقة، الناشئ في دائرة القوى الدافعة الكهربية. يتم إعطاء الحث بواسطة الصيغة

طبيعة الحث الكهرومغناطيسي.

من أجل توضيح الأسباب الفيزيائية التي تؤدي إلى ظهور القوى الدافعة الكهربية. ومن خلال الاستقراء، فإننا نعتبر حالتين على التوالي.

1. تتحرك الدائرة في مجال مغناطيسي ثابت.

قوة الفعل

تسمى القوة الدافعة الكهربائية الناتجة عن هذا المجال القوة الدافعة الكهربائية للتحريض . في حالتنا هذه

تم وضع علامة الطرح هنا كحقل للجهة الخارجية موجهة ضد الالتفافية الإيجابية للدائرة التي تحددها قاعدة المسمار الأيمن. عمل هو معدل الزيادة في مساحة الكفاف (الزيادة في المساحة لكل وحدة زمنية)، وبالتالي

أين
- زيادة التدفق المغناطيسي عبر الدائرة.

يمكن تعميم النتيجة التي تم الحصول عليها على حالة التوجه التعسفي لمتجه تحريض المجال المغناطيسي بالنسبة إلى المستوى الكنتوري وإلى أي كفاف يتحرك (و/أو يتشوه) بطريقة تعسفية في مجال مغناطيسي خارجي ثابت وغير منتظم.

لذلك، إثارة emf. يتم تفسير الحث عندما تتحرك الدائرة في مجال مغناطيسي ثابت من خلال عمل المكون المغناطيسي لقوة لورنتز، بما يتناسب مع
والذي يحدث عندما يتحرك الموصل.

2. الدائرة في حالة سكون في مجال مغناطيسي متناوب.

يشير حدوث التيار التعريفي الذي تمت ملاحظته تجريبياً إلى أنه في هذه الحالة تظهر قوى غريبة في الدائرة، والتي ترتبط الآن بمجال مغناطيسي متغير بمرور الوقت. ما هي طبيعتهم؟ الجواب على هذا السؤال الأساسي قدمه ماكسويل.

وبما أن الموصل في حالة سكون، فإن سرعة الحركة المطلوبة للشحنات الكهربائية
وبالتالي قوة مغناطيسية تتناسب مع
، يساوي أيضًا الصفر ولم يعد بإمكانه تحريك الشحنات. ومع ذلك، بالإضافة إلى القوة المغناطيسية، فإن القوة الوحيدة التي يمكنها التأثير على الشحنة الكهربائية هي المجال الكهربائي، الذي يساوي . ولذلك، يبقى أن نستنتج ذلك التيار المستحث ناتج عن المجال الكهربائي تنشأ عندما يتغير المجال المغناطيسي الخارجي مع مرور الوقت. هذا المجال الكهربائي هو المسؤول عن ظهور القوى الدافعة الكهربية. الحث في دائرة ثابتة. وفقا لماكسويل ، يولد المجال المغناطيسي المتغير بمرور الوقت مجالًا كهربائيًا في الفضاء المحيط. ولا يرتبط حدوث المجال الكهربائي بوجود دائرة موصلة، وهو ما يجعل من الممكن اكتشاف وجود هذا المجال فقط من خلال ظهور تيار تحريضي فيه.

صياغة قانون الحث الكهرومغناطيسي ، التي قدمها ماكسويل، هي واحدة من أهم تعميمات الديناميكا الكهربائية.

أي تغيير في المجال المغناطيسي مع مرور الوقت يثير مجالا كهربائيا في الفضاء المحيط .

الصيغة الرياضية لقانون الحث الكهرومغناطيسي في فهم ماكسويل هي:

تداول ناقلات التوتر لهذا المجال على طول أي كفاف مغلق ثابت يتم تحديده من خلال التعبير

أين - التدفق المغناطيسي الذي يخترق الدائرة .

تشير علامة المشتقة الجزئية المستخدمة للإشارة إلى معدل تغير التدفق المغناطيسي إلى أن الدائرة ثابتة.

ناقل التدفق من خلال سطح يحده كفاف ، متساوي
ولذلك يمكن إعادة كتابة التعبير عن قانون الحث الكهرومغناطيسي على النحو التالي:

هذه إحدى المعادلات الموجودة في نظام معادلات ماكسويل.

حقيقة أن دوران المجال الكهربائي المثار بواسطة مجال مغناطيسي متغير مع الزمن لا يساوي الصفر يعني أن المجال الكهربائي المعني ليس محتملا.إنه مثل المجال المغناطيسي دوامة.

بشكل عام، المجال الكهربائي يمكن تمثيله بالمجموع المتجه للمجالات الكهربائية المحتملة (مجال الشحنات الكهربائية الساكنة، التي يكون تداولها صفرًا) والمجالات الكهربائية الدوامية (بسبب المجال المغناطيسي المتغير بمرور الوقت).

في أساس الظواهر التي تناولناها، والتي تشرح قانون الحث الكهرومغناطيسي، لا يوجد مبدأ عام يمكن تمييزه يسمح لنا بإثبات القواسم المشتركة لطبيعتها الفيزيائية. ولذلك ينبغي اعتبار هذه الظواهر مستقلة، وقانون الحث الكهرومغناطيسي - نتيجة لعملها المشترك. الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو حقيقة أن القوة الدافعة الكهربية. الحث في الدائرة يساوي دائمًا معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر الدائرة. في الحالات التي يتغير فيها المجال أيضًا وموقع أو تكوين الدائرة في المجال المغناطيسي، emf. ينبغي حساب الحث باستخدام الصيغة

يمثل التعبير الموجود على الجانب الأيمن من هذه المساواة المشتق الإجمالي للتدفق المغناطيسي بالنسبة للزمن: يرتبط الحد الأول بتغير المجال المغناطيسي مع مرور الوقت، والثاني بحركة الدائرة.

يمكننا القول أنه في جميع الحالات، فإن التيار المستحث ناتج عن قوة لورنتز الكلية

أي جزء من التيار المستحث يسببه التيار الكهربائي وأي مكون مغناطيسي يعتمد على قوة لورنتز اختيار النظام المرجعي.

عن عمل قوات لورنتز وأمبير.

من تعريف الشغل ذاته، يترتب على ذلك أن القوة المؤثرة في مجال مغناطيسي على شحنة كهربائية وعموديًا على سرعتها لا يمكنها بذل شغل. ومع ذلك، عندما يتحرك موصل بتيار، ويحمل شحنات معه، فإن قوة أمبير تظل تعمل. والمحركات الكهربائية دليل واضح على ذلك.

ويختفي هذا التناقض إذا أخذنا في الاعتبار أن حركة الموصل في المجال المغناطيسي تصاحبها حتماً ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. لذلك، إلى جانب قوة أمبير، يتم تنفيذ العمل على الشحنات الكهربائية أيضًا بواسطة القوة الدافعة الكهربائية للتحريض التي تنشأ في الموصل. وبالتالي فإن الشغل الإجمالي لقوى المجال المغناطيسي يتكون من الشغل الميكانيكي الناتج عن قوة أمبير وعمل القوة الدافعة الكهربية المستحثة بحركة الموصل. كلتا الوظيفتين متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الإشارة، لذا فإن مجموعهما يساوي صفرًا. في الواقع، فإن الشغل الذي تبذله قوة الأمبير أثناء الحركة الأولية لموصل يمر به تيار في مجال مغناطيسي يساوي
، خلال نفس الوقت emf. الحث يعمل

ثم العمل كاملا
.

إن قوى الأمبير لا تعمل بسبب طاقة المجال المغناطيسي الخارجي، والتي يمكن أن تظل ثابتة، ولكن بسبب مصدر القوة الدافعة الكهربية الذي يحافظ على التيار في الدائرة.

قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي.

لقد درسنا بتفاصيل كافية ثلاثة أشكال مختلفة، للوهلة الأولى، لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، وحدوث تيار كهربائي في دائرة موصلة تحت تأثير المجال المغناطيسي: عندما يتحرك الموصل في مجال مغناطيسي ثابت؛ عندما يتحرك مصدر المجال المغناطيسي. عندما يتغير المجال المغناطيسي مع مرور الوقت. في كل هذه الحالات، قانون الحث الكهرومغناطيسي هو نفسه:
إن القوة الدافعة الكهربية للحث الكهرومغناطيسي في الدائرة تساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر الدائرة، مأخوذًا بالإشارة المعاكسة

بغض النظر عن الأسباب التي أدت إلى تغيير هذا التدفق.
دعونا نوضح بعض تفاصيل الصياغة أعلاه.
 أولاً. يمكن أن يتغير التدفق المغناطيسي عبر الدائرة بأي شكل من الأشكال، أي الوظيفة ف(ر)ليس من الضروري دائمًا أن تكون خطية، ولكن يمكن أن تكون أي شيء. إذا تغير التدفق المغناطيسي وفقًا لقانون خطي، فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة في الدائرة تكون ثابتة، وفي هذه الحالة تكون قيمة الفاصل الزمني Δtيمكن أن تكون تعسفية، فإن قيمة العلاقة (1) في هذه الحالة لا تعتمد على قيمة هذا الفاصل الزمني. إذا تغير التدفق بطريقة أكثر تعقيدًا، فإن حجم القوة الدافعة الكهربية لن يكون ثابتًا، ولكنه يعتمد على الوقت. في هذه الحالة، ينبغي اعتبار الفاصل الزمني قيد النظر متناهية الصغر، ثم تتحول العلاقة (1) من وجهة نظر رياضية إلى مشتقة دالة التدفق المغناطيسي بالنسبة للوقت. رياضيًا، هذا الانتقال مشابه تمامًا للانتقال من السرعة المتوسطة إلى السرعة اللحظية في علم الحركة.
 ثانية. لا ينطبق مفهوم تدفق المجال المتجه إلا على السطح، لذلك من الضروري توضيح السطح الذي تتم مناقشته في صياغة القانون. ومع ذلك، فإن تدفق المجال المغناطيسي عبر أي سطح مغلق يساوي صفرًا. لذلك، بالنسبة لسطحين مختلفين يقعان على الكفاف، يكون التدفق المغناطيسي هو نفسه. تخيل تيارًا من السائل يتدفق من الحفرة. مهما كان السطح الذي تختاره، فإن حدوده هي حدود الحفرة، فإن التدفقات من خلالها ستكون هي نفسها. تشبيه آخر مناسب هنا: إذا كان عمل القوة على طول محيط مغلق يساوي صفرًا، فإن عمل هذه القوة لا يعتمد على شكل المسار، بل يتحدد فقط من خلال نقطتي البداية والنهاية.
 ثالث. وعلامة الطرح في صياغة القانون لها معنى فيزيائي عميق، فهي في الواقع تضمن تحقيق قانون حفظ الطاقة في هذه الظواهر. هذه العلامة هي تعبير عن قاعدة لينز. ربما تكون هذه هي الحالة الوحيدة في الفيزياء عندما يتم تسمية علامة واحدة باسمها الخاص.
وكما أوضحنا، فإن الجوهر الفيزيائي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي هو نفسه في جميع الحالات، ويمكن صياغته باختصار على النحو التالي: يولد المجال المغناطيسي المتناوب مجالًا كهربائيًا دواميًا. ومن وجهة النظر الميدانية هذه، يتم التعبير عن قانون الحث الكهرومغناطيسي من خلال خصائص المجال الكهرومغناطيسي: إن دوران متجه شدة المجال الكهربائي على طول أي دائرة يساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر هذه الدائرة

وفي هذا التفسير للظاهرة، من الضروري أن ينشأ المجال الكهربائي الدوامي عندما يتغير المجال المغناطيسي، بغض النظر عما إذا كان هناك موصل حقيقي مغلق (دائرة) ينشأ فيها التيار أم لا. يمكن لهذه الدائرة الحقيقية أن تلعب دور جهاز للكشف عن المجال المستحث.
وأخيرا، نؤكد مرة أخرى أن المجالات الكهربائية والمغناطيسية نسبية، أي أن خصائصها تعتمد على اختيار النظام المرجعي الذي يرد فيه وصفها. ومع ذلك، فإن هذا التعسف في اختيار النظام المرجعي، في اختيار طريقة الوصف لا يؤدي إلى أي تناقضات. الكميات الفيزيائية المقاسة ثابتة ولا تعتمد على اختيار النظام المرجعي. على سبيل المثال، القوة المؤثرة على جسم مشحون من المجال الكهرومغناطيسي لا تعتمد على اختيار الإطار المرجعي. لكن عندما يتم وصفها في بعض الأنظمة، يمكن تفسيرها على أنها قوة لورنتز، وفي أنظمة أخرى يمكن "إضافة" قوة كهربائية إليها. وبالمثل (حتى كنتيجة)، فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة في الدائرة (قوة التيار المستحث، وكمية الحرارة المنبعثة، والتشوه المحتمل للدائرة، وما إلى ذلك) لا تعتمد على اختيار النظام المرجعي.
كما هو الحال دائمًا، يمكن ويجب استخدام حرية الاختيار المقدمة - هناك دائمًا فرصة لاختيار طريقة الوصف التي تفضلها أكثر - كأبسطها، وأكثرها وضوحًا، وأكثرها دراية، وما إلى ذلك.

ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي تم اكتشافه من قبل عالم فيزياء إنجليزي بارز م. فارادايفي عام 1831. ويتكون من حدوث تيار كهربائي في دائرة موصلة مغلقة عندما يتغير مع مرور الوقت الفيض المغناطيسي ثقب الكفاف.

التدفق المغناطيسي Φ عبر المنطقة سالكفاف يسمى القيمة

أين ب- وحدة ناقلات الحث المغناطيسي، α هي الزاوية بين المتجه والعمودي للمستوى الكنتوري (الشكل 1.20.1).

من السهل تعميم تعريف التدفق المغناطيسي على حالة المجال المغناطيسي غير المنتظم والدائرة غير المستوية. تسمى وحدة SI للتدفق المغناطيسي ويبر (وب). يتم إنشاء تدفق مغناطيسي يساوي 1 Wb بواسطة مجال مغناطيسي بتحريض قدره 1 T، يخترق في الاتجاه الطبيعي كفافًا مسطحًا بمساحة 1 م 2:

أثبت فاراداي تجريبيًا أنه عندما يتغير التدفق المغناطيسي في دائرة موصلة، ينشأ قوة دافعة مستحثة، تساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي يحده الدائرة، مأخوذًا بعلامة ناقص:

هذه الصيغة تسمى قانون فاراداي .

تظهر التجربة أن التيار التحريضي المثار في حلقة مغلقة عندما يتغير التدفق المغناطيسي يتم توجيهه دائمًا بطريقة تجعل المجال المغناطيسي الذي يخلقه يمنع التغيير في التدفق المغناطيسي الذي يسبب التيار التحريضي. هذا البيان، الذي تمت صياغته في عام 1833، يسمى حكم لينز .

أرز. يوضح الشكل 1.20.2 قاعدة لينز باستخدام مثال دائرة التوصيل الثابتة الموجودة في مجال مغناطيسي منتظم، والذي يزداد معامل الحث فيه بمرور الوقت.

تعكس قاعدة لينز الحقيقة التجريبية المتمثلة في أن ind ولها دائمًا علامات معاكسة (علامة الطرح في صيغة فاراداي). قاعدة لينز لها معنى فيزيائي عميق - فهي تعبر عن قانون الحفاظ على الطاقة.

يمكن أن يحدث تغيير في التدفق المغناطيسي الذي يخترق دائرة مغلقة لسببين.

1. يتغير التدفق المغناطيسي بسبب حركة الدائرة أو أجزائها في مجال مغناطيسي ثابت زمنياً. هذا هو الحال عندما تتحرك الموصلات ومعها ناقلات الشحن المجانية في مجال مغناطيسي. يتم تفسير حدوث القوى الدافعة الكهربية المستحثة من خلال تأثير قوة لورنتز على الشحنات الحرة في الموصلات المتحركة. قوة لورنتزيلعب في هذه الحالة دور القوة الخارجية.

دعونا نفكر، على سبيل المثال، في حدوث قوة دافعة كهربية مستحثة في دائرة مستطيلة موضوعة في مجال مغناطيسي منتظم وعمودي على مستوى الدائرة. دع أحد جوانب الكفاف يكون طوله لينزلق بسرعة على طول الجانبين الآخرين (الشكل 1.20.3).

تؤثر قوة لورنتز على الشحنات الحرة في هذا القسم من الدائرة. ويرتبط أحد مكونات هذه القوة ب محمولسرعة الشحنات الموجهة على طول الموصل. يظهر هذا المكون في الشكل. 1.20.3. إنها تلعب دور القوة الخارجية. وحدتها متساوية

وفقا لتعريف EMF

من أجل إنشاء علامة في صيغة ربط ind ومن الضروري تحديد الاتجاه الطبيعي والاتجاه الإيجابي لعبور الكفاف المتوافقين مع بعضهما البعض وفقًا لقاعدة الثقب الأيمن، كما هو الحال في الشكل 1. 1.20.1 و1.20.2. إذا تم ذلك، فمن السهل التوصل إلى صيغة فاراداي.

إذا كانت مقاومة الدائرة بأكملها متساوية ر، فإن تيارًا مستحثًا سوف يتدفق عبره يساوي أناإنديانا = إنديانا / ر. خلال الوقت Δ رعلى المقاومة رسوف تبرز حرارة جول

السؤال الذي يطرح نفسه: من أين تأتي هذه الطاقة، لأن قوة لورنتز لا تعمل! نشأت هذه المفارقة لأننا أخذنا في الاعتبار عمل مكون واحد فقط من قوة لورنتز. عندما يتدفق تيار تحريضي عبر موصل يقع في مجال مغناطيسي، يرتبط مكون آخر من قوة لورنتز بـ نسبيسرعة حركة الشحنات على طول الموصل. هذا المكون هو المسؤول عن المظهر قوات أمبير. بالنسبة للحالة الموضحة في الشكل 1.20.3 معامل قوة أمبير يساوي Fأ= أنا ب ل. يتم توجيه قوة أمبير نحو حركة الموصل؛ وبالتالي فإنه يقوم بعمل ميكانيكي سلبي. خلال الوقت Δ رهذا العمل أالفراء متساوي

موصل يتحرك في مجال مغناطيسي يمر من خلاله تيار مستحث الكبح المغناطيسي . الشغل الإجمالي الذي تبذله قوة لورنتز يساوي صفرًا. يتم إطلاق حرارة جول في الدائرة إما بسبب عمل قوة خارجية تحافظ على سرعة الموصل دون تغيير، أو بسبب انخفاض الطاقة الحركية للموصل.

2. السبب الثاني لتغير التدفق المغناطيسي الذي يخترق الدائرة هو التغير في زمن المجال المغناطيسي عندما تكون الدائرة ثابتة. في هذه الحالة، لم يعد من الممكن تفسير حدوث القوى الدافعة الكهربية المستحثة بفعل قوة لورنتز. لا يمكن تحريك الإلكترونات الموجودة في الموصل الثابت إلا بواسطة مجال كهربائي. يتم إنشاء هذا المجال الكهربائي بواسطة مجال مغناطيسي متغير بمرور الوقت. إن عمل هذا المجال عند تحريك شحنة موجبة واحدة على طول دائرة مغلقة يساوي القوة الدافعة الكهربية المستحثة في موصل ثابت. ولذلك فإن المجال الكهربائي المتولد عن المجال المغناطيسي المتغير ليس محتمل . يسمى دوامة المجال الكهربائي . تم تقديم مفهوم المجال الكهربائي الدوامي إلى الفيزياء من قبل الفيزيائي الإنجليزي العظيم جي ماكسويلفي عام 1861

ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في الموصلات الثابتة، والتي تحدث عندما يتغير المجال المغناطيسي المحيط، موصوفة أيضًا بصيغة فاراداي. ومن هنا ظهرت ظاهرة الحث في الموصلات المتحركة والثابتة المضي قدما بنفس الطريقةلكن السبب المادي لحدوث التيار المستحث يختلف في هاتين الحالتين: في حالة الموصلات المتحركة، فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة ترجع إلى قوة لورنتز؛ في حالة الموصلات الثابتة، فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة هي نتيجة للعمل على الشحنات الحرة للمجال الكهربائي الدوامي الذي يحدث عندما يتغير المجال المغناطيسي.