الحث المتبادل والمجالات الكهربائية المحتثة وتطبيقاتها

الحث المتبادل

التيار المنساب في الملف الابتدائي (1) يولد مجالاً مغناطيسياً يخترق فيضه الملف الثانوي (2). فإذا تغير التيار في الملف الابتدائي لوحدة الزمن تغير الفيض الذي يخترق الملف الثانوي، فتتولد فيه على وفق قانون فراداي قوة دافعة كهربائية محتثة: $\varepsilon_{ind(2)}=-N_2\dfrac{\Delta\Phi_{B(2)}}{\Delta t}$.

• الفيض الذي يخترق جميع لفات الثانوي يتناسب طردياً مع تيار الابتدائي: $N_2\Phi_{B(2)}=M\,I_1$، وثابت التناسب $M$ يسمى معامل الحث المتبادل.
• ومنه: $\varepsilon_{ind(2)}=-M\dfrac{\Delta I_1}{\Delta t}$.
• إذا كان الملفان في الهواء يعتمد $M$ على ثوابت الملفين $L_1$ و$L_2$ (حجم كل ملف وشكله الهندسي وعدد لفاته والنفوذية المغناطيسية للمادة في جوفه)، وعلى وضعية كل ملف والفاصلة بينهما.
• إذا كان بين الملفين قلب حديد مغلق (كالمحولة) يحصل الاقتران المغناطيسي التام ويعتمد $M$ فقط على ثابتي الملفين: $M=\sqrt{L_1\times L_2}$.

لحظة إغلاق دائرة الملف الابتدائي يكون $I_{ins}=0$، فمن $V_{app}=L\dfrac{\Delta I_1}{\Delta t}+I_{ins}R$ نحسب المعدل الزمني لتغير التيار، والتيار الثابت بعد ذلك $I_{const}=\dfrac{V_{app}}{R}$.

يستثمر الحث المتبادل في جهاز التحفيز المغناطيسي خلال الدماغ (TMS) لمعالجة بعض أعراض الأمراض النفسية مثل الكآبة.

المجالات الكهربائية المحتثة

في حلقة موصلة ساكنة داخل فيض مغناطيسي متغير المقدار، تتحرك الشحنات بسبب مجال كهربائي محتث يتولد نتيجة تغير الفيض لوحدة الزمن ويؤثر فيها باتجاهات مماسية للحلقة. المجالات التي تنشأ بوساطة الشحنات الساكنة تسمى مجالات كهربائية مستقرة، أما التي تنشأ بوساطة التغير في الفيض المغناطيسي فتسمى مجالات كهربائية غير مستقرة.

تطبيقات عملية للحث الكهرومغناطيسي

• بطاقة الائتمان: تحريك البطاقة الممغنطة أمام ملف يستحث تياراً يضخم ويحول إلى نبضات فولطية تحمل المعلومات.
• القيثار الكهربائي: الأوتار المعدنية (فيرومغناطيسية) تتمغنط بملفات فيها ساق مغناطيسية، فعند اهتزازها يستحث تيار متناوب تردده يساوي تردد الأوتار ويوصل إلى مضخم.
• الطباخ الحثي: تيار متناوب في ملف تحت سطح الطباخ يولد مجالاً مغناطيسياً متناوباً يولد تيارات دوامة في قاعدة الإناء المعدني فتسخن ويغلي الماء، أما الإناء الزجاجي فلا تتولد فيه تيارات دوامة لأن الزجاج عازل.