المحتوى
تظهر الظواهر الكهرومغناطيسية في كل مكان من بطارية هاتفك الخلوي إلى الأقمار الصناعية التي تعود إلى الأرض. يمكنك وصف سلوك الكهرباء من خلال الحقول الكهرومغناطيسية ، والمناطق المحيطة بالأشياء التي تمارس قوى كهربائية ومغناطيسية ، وكلاهما جزء من نفس القوة الكهرومغناطيسية.
نظرًا لوجود القوة الكهرومغناطيسية في العديد من التطبيقات في الحياة اليومية ، يمكنك بناء واحدة باستخدام بطارية وغيرها من الأشياء مثل الأسلاك النحاسية أو المسامير المعدنية الموجودة حول منزلك لإظهار هذه الظواهر في الفيزياء لنفسك.
نصائح
بناء مولد المجال الكهرومغناطيسي (emf) يتطلب ملفًا لولبيًا من الأسلاك النحاسية (الحلزون أو الشكل الحلزوني) ، جسم معدني مثل مسمار الحديد (لمولد الظفر) ، والأسلاك العازلة ومصدر الجهد (مثل البطارية أو الأقطاب الكهربائية) لانبعاث التيارات الكهربائية.
يمكنك اختيارياً استخدام مشابك الورق المعدني أو بوصلة لمراقبة تأثير emf. إذا كان الجسم المعدني مغنطيسيًا حديديًا (مثل الحديد) ، وهي مادة يمكن ممغنطة بسهولة ، فستكون أكثر فاعلية بكثير.
فيزياء مولدات EMF
تصف الكهرومغناطيسية ، إحدى القوى الأساسية الأربعة للطبيعة ، كيف ينشأ مجال كهرومغناطيسي ناتج عن تدفق التيار الكهربائي.
عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر سلك ، يزداد الحقل المغناطيسي مع لفائف السلك. يتيح ذلك تدفقًا أكبر للتيار خلال مسافة أصغر أو في مسارات أصغر تكون أقرب إلى الظفر المعدني. عندما يتدفق التيار عبر سلك ، يكون الحقل الكهرومغناطيسي دائريًا حول السلك.
••• سيد حسين آذرعندما يتدفق التيار عبر السلك ، يمكنك إظهار اتجاه المجال المغناطيسي باستخدام قاعدة اليد اليمنى. تعني هذه القاعدة أنه إذا وضعت إبهامك الأيمن في اتجاه الأسلاك الحالية ، فإن أصابعك ستلتف في اتجاه المجال المغناطيسي. يمكن أن تساعدك قواعد الإبهام هذه على تذكر الاتجاه الذي تسلكه هذه الظواهر.
تنطبق القاعدة اليمنى أيضًا على الشكل اللولبي للتيار المحيط بالكائن المعدني. عندما ينتقل التيار في حلقات حول السلك ، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا في الظفر المعدني أو أي جسم آخر. هذا يخلق الكهرومغناطيسية التي تتداخل مع اتجاه البوصلة ويمكن أن تجتذب مقاطع الورق المعدنية إليها. هذا النوع من باعث المجال الكهرومغناطيسي يعمل بشكل مختلف عن المغناطيس الدائم.
على عكس المغناطيس الدائم ، تحتاج المغنطيسات الكهربائية إلى تيار كهربائي من خلالها لإعطاء مجال مغناطيسي لاستخداماتها. يسمح هذا للعلماء والمهندسين وغيرهم من المهنيين باستخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات والتحكم فيها بشكل كبير.
المجال المغناطيسي لمولدات EMF
يمكن حساب المجال المغناطيسي للتيار المستحث في شكل الملف اللولبي للكهرومغناطيسي ب = μ0 ن ل بحيث ب هو المجال المغناطيسي في تسلا ، μ0 (وضوحا "mu naught") هي نفاذية المساحة الحرة (قيمة ثابتة 1.257 × 10-6), ل هو طول جسم معدني موازيا للحقل و ن هو عدد الحلقات حول المغناطيس الكهربائي. باستخدام قانون الأمبير ، ب = μ__0 انا ، يمكنك حساب curren_t I_ (بالأمبير).
تعتمد هذه المعادلات عن قرب على هندسة الملف اللولبي مع التفاف الأسلاك حولها قدر الإمكان حول الظفر المعدني. ضع في اعتبارك أن اتجاه التيار عكس تدفق الإلكترونات. استخدم هذا لمعرفة كيفية تغيير المجال المغناطيسي ومعرفة ما إذا كانت إبرة البوصلة تتغير كما ستحسب أو تحدد باستخدام القاعدة اليمنى.
مولدات EMF أخرى
••• سيد حسين آذرالتغييرات قانون Amperes يعتمد على هندسة مولد emf. في حالة مغنطيس كهربائي حلزوني الشكل على شكل كعكة ب = μ0 ن أنا / (2 π ص) إلى عن على ن عدد الحلقات و ص دائرة نصف قطرها من مركز إلى مركز الأجسام المعدنية. محيط الدائرة (2 π ص) في المقام يعكس الطول الجديد للحقل المغناطيسي الذي يأخذ شكل دائري في جميع أنحاء حلقي. تسمح أشكال المولدات الكهرومغناطيسية للعلماء والمهندسين بتسخير قوتهم.
تُستخدم الأشكال الحلقية في المحولات ، حيث تستخدم الملفات الملفوفة حولها في طبقات مختلفة ، بحيث عندما ينبعث تيار من خلاله ، فإن emf والتيار الناتج اللذين يخلقهما في الاستجابة ينقلان الطاقة بين الملفات المختلفة. يتيح لها الشكل استخدام ملفات أقصر تقلل من خسائر المقاومة أو الخسائر بسبب الطريقة التي يتم بها جرح التيارات. هذا يجعل المحولات الحلقية فعالة في كيفية استخدام الطاقة.
استخدامات المغناطيس الكهربائي
يمكن أن تتراوح المغناطيسات الكهربائية في عدد كبير من التطبيقات من الآلات الصناعية ومكونات الكمبيوتر والموصلية الفائقة والبحث العلمي نفسه. لا تحقق المواد فائقة التوصيل أي مقاومة كهربائية في درجات حرارة منخفضة جدًا (قريبة من 0 كيلفن) يمكن استخدامها في الأجهزة العلمية والطبية.
وهذا يشمل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ومسرعات الجسيمات. تستخدم الملفات اللولبية لتوليد المجالات المغناطيسية في ers matrix dot ، وحاقن الوقود والآلات الصناعية. المحولات حلقية على وجه الخصوص لديها أيضا استخدامات في الصناعة الطبية لكفاءتها في إنشاء الأجهزة الطبية الحيوية.
تُستخدم المغنطيسات الكهربائية أيضًا في المعدات الموسيقية مثل السماعات وسماعات الأذن ومحولات الطاقة التي تزيد أو تنقص التيار الكهربائي على طول خطوط الطاقة والتسخين التعريفي للطبخ والتصنيع وحتى الفواصل المغناطيسية لفرز المواد المغناطيسية من الخردة المعدنية. يعتمد تحريض التدفئة والطبخ على وجه الخصوص على كيفية إنتاج القوة الدافعة الكهربائية للتيار استجابة لتغير المجال المغناطيسي.
أخيرًا ، تستخدم قطارات ماجليف قوة كهرومغناطيسية قوية لترفع قطارًا فوق مسار وتُغَمِّن المغناطيسات الكهرومغناطيسية فائقة التوصيل لتسرع بسرعة عالية وبسرعة وكفاءة. بصرف النظر عن هذه الاستخدامات ، يمكنك أيضًا العثور على مغناطيس كهربائي يستخدم في تطبيقات مثل المحركات والمحولات وسماعات الرأس ومكبرات الصوت ومسجلات الأشرطة ومسرعات الجسيمات.