أمثلة على قانون فارادي

اكتشاف المجال المغناطيسي

وُلد مايكل فارادي في إنجلترا عام 1791، ولد لحدادة فقيرة، وعلى الرغم من أنه تلقى في البداية القليل من التعليم، إلا أن هذا لم يمنعه من تعلم كل ما بوسعه في سن مبكرة، وفي لندن أتيحت له الفرصة ليكون متدربًا على مكتبة الكتب واستمع لمحاضرات همفري ديفي، الكيميائي في ذلك الوقت الذي منح فارادي فرصة للعمل داخل مختبره، مع هذه الفرص النادرة أصبح فارادي الفرد المحتمل الذي سيصبح واحدًا من أعظم علماء الفيزياء أو الكيمياء، وبعد سنوات يصف فارادي كيف ينتج التيار الكهربائي مجالًا مغناطيسيًا، وعلى العكس من ذلك، يصف كيف يولد المجال المغناطيسي المتغير تيارًا كهربائيًا في الموصل، فهو بذلك يصف تفاعلات الكهرباء والمغناطيس معًا، ليكون الناتج قوة كهرومغناطيسيّة تستطيع تحريك المولدات بطاقة هائلة، وهي أساس عمل المحولات والمولدات الكهربائية، أو الخلايا الشمسية أو خلايا الوقود، وسيتحدث هذا المقال عن قانون فارادي. ^[١]

الفيض المغناطيسي

اكتشف فارادي أن تغيير مقدار المجال المغنطيسي الذي يمر عبر لفائف من الأسلاك، وهي كمية تسمى التدفق المغنطيسي، وسوف يحفز التيار في السلك، حيث تقوم جميع المغناطيسات بإنشاء حقل مغناطيسي غير مرئي من حولهم، ومقدار هذا الحقل الذي يمر عبر مركز ملف الأسلاك هو التدفق المغناطيسي عبر الملف والذي ينتج عنه الفيض المغناطيسي، ولذلك يعدّ التدفق المغناطيسي كمقدار المجال المغنطيسي الذي يتدفق عبر المنطقة التي شكلتها لفائف الأسلاك، تمامًا كما قد يتدفق الماء في أنبوب، ويمكن أن يتغير التدفق المغناطيسي إذا تغير الحقل المغناطيسي أو إذا كان الملف يدور، وفي كلا الحالتين فإن هذا التدفق المغناطيسي المتغير سيؤدي إلى تدفق تيار في السلك. ^[١]

الحث الكهروماغناطيسي

لاحظ فارادي الظاهرة المسماة الحث الكهرومغناطيسي لأول مرة؛ فقد اكتشف فارادي أنه يمكن تحفيز إنشاء مجال مغناطيسي حول مغناطيس كهربائي أثناء إغلاق وفتح الدائرة الكهربائية التي كان جزءًا منها، حيث تصور أن مجالًا مغنطيسيًا يتألف من العديد من خطوط الحث، التي تشير إليها بوصلة مغناطيسية صغيرة، ويُطلق على مجموع الخطوط التي تتقاطع مع منطقة معينة اسم التدفق المغناطيسي، ولقد عزا فارادي التأثيرات الكهربائية إلى تغير التدفق المغناطيسي، وبعد عدة سنوات اقترح الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل أن التأثير الأساسي لتغيير التدفق المغناطيسي هو إنتاج مجال كهربائي، ليس فقط في موصل ولكن أيضًا في الفضاء حتى في حالة عدم وجود كهرباء، وقد اقترح فارادي قانونين، ينص القانون الأول بكلمات بسيطة على أنه عندما يقطع الموصل الخطوط المغناطيسية، يتم إنشاء قوة دافعة كهربائية عبر طرفيها، وينص القانون الثاني على أن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة تساوي معدل التغير في التدفق في الملف، أي عدد المرات التي يتغير فيها المجال المغناطيسي المرتبط حول الموصل بمرور الوقت.^[٢]

أمثلة على قانون فارادي

اقترح فارادي قانونين، وينص قانون فارادي الأول بكلمات بسيطة على أنه عندما يقطع الموصل الخطوط المغناطيسية، يتم إنشاء قوة دافعة كهربائية عبر طرفيها، وينص القانون الثاني على أن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة تساوي معدل التغير في التدفق في الملف، أي عدد المرات التي يتغير فيها المجال المغناطيسي المرتبط حول الموصل بمرور الوقت.^[٢] ويرتبط قانون فارادي في الحث بمعدل التغير في التدفق المغناطيسي، حيث توصل فارادي إلى إن التيار الكهربائي يتنتج بسبب المجال المغناطيسي وذلك عندما تحدث حركة نسبية بين الحلقة الموصلة للكهرباء والمغناطيس، فكلما ازدادت قوة المجال المغناطيسي كلما زادت قوة التيار، حيث أن: E=dΦ​/dt حيث تشير القوة الدافعة الكهربائية أو EMF إلى الفرق المحتمل عبر الحلقة المفرغة، أي عندما تكون المقاومة في الدائرة مرتفعة، وفي الممارسة العملية، وغالبًا ما يكون كافيًا التفكير في القوة الدافعة كجهد كهربائي، حيث يتم قياس الجهد الكهربي باستخدام نفس الوحدة، والسلك المتحرك في حقل لا يمثل بالضرورة مصدرًا مثاليًا للجهد الكهربي إذ قد يقاس بمقياس الفولتميتر العالي. ^[٣] ولقانونن فارادي في الحث الكهرومغناطيسي تطبيقات هائلة وأمثلة عملية عديدة، واكتشافات كثيرة لم تكن لتظهر بدون جهود فارادي وغيره من العلماء، فمن خلال تلك القوانين استطاع العلماء ابتكار بطاريات ومولدات كهربائية ومحركات ومحولات وأجهزة أخرى من هذا القبيل تعتمد جميعها في عملها على الحث الكهروماغناطيسي، نتيجة حركة المغناطيس الموجود بها والملفات التي بداخله، فالمحولات الكهربائية كمثال يتم فيها تبديل التيار الكهربائي من خلال تغيير اتجاهه عدة مرات في الثانية الواحدة، ثم يرسل إلى ملف ملفوف حول مجال مغناطيسي، وهذا ينتج تغييرًا في المجال المغناطيسي، حيث توضح قوانين فارادي كيفية تفاعل الحقل المغنطيسي مع دائرة كهربائية لإنتاج قوة دافعة كهربية، وهي الظاهرة التي تسمى الحث الكهرومغناطيسي. ^[٤]

المراجع

1. ^ ^{أ ب} " Michael Faraday: Inventions & Discoveries", study.com, Retrieved 27-06-2019. Edited.
2. ^ ^{أ ب} " Faraday's law of induction ", www.britannica.com, Retrieved 21-06-2019. Edited.
3. ↑ "What is Faraday's law?", www.khanacademy.org, Retrieved 01-07-2019. Edited.
4. ↑ "Important Laws of Electromagnetism", www.toppr.com, Retrieved 22-06-2019. Edited.