الحث الكهرومغناطيسي واكتشاف فراداي

الحث الكهرومغناطيسي

اكتشف أورستد عام 1819 أن التيار الكهربائي يولد مجالاً مغناطيسياً. وفي عام 1831 توصل فراداي في انكلترا وهنري في أميركا (كلٌّ على انفراد) إلى إمكانية توليد تيار كهربائي في حلقة موصلة مقفلة أو ملف بوساطة مجال مغناطيسي متغير. فمبدأ أورستد ومبدأ فراداي يكمل أحدهما الآخر.

• عندما تكون الساق المغناطيسية ساكنة نسبة للملف تكون قراءة الأميتر صفراً، لأن الفيض المغناطيسي $\Phi_B$ الذي يخترق الملف لا يتغير مع الزمن (لا توجد حركة نسبية).
• عند تقريب الساق أو إبعادها ينساب في الدائرة تيار محتث $I_{ind}$، ويكون اتجاهه عند الإبعاد معاكساً لاتجاهه عند التقريب.

يزداد مقدار التيار المحتث بازدياد: سرعة الحركة النسبية بين القطب المغناطيسي والملف، وعدد لفات الملف، ومقدار الفيض المغناطيسي الذي يخترق الملف، والنفوذية المغناطيسية لمادة جوف الملف (إدخال قلب من الحديد المطاوع يزيد كثافة الفيض).

اكتشاف فراداي

لفّ فراداي ملفين حول حلقة مقفلة من الحديد المطاوع: الملف الابتدائي مع بطارية ومفتاح، والملف الثانوي مع مقياس صفره في وسط التدريجة. فلاحظ أن المؤشر ينحرف لحظة إغلاق المفتاح ثم يعود إلى الصفر (لأن التيار في الابتدائي يثبت فلا يتغير الفيض)، وينحرف لحظة فتح المفتاح إلى الجانب الآخر للصفر؛ أي إن التيار المحتث يظهر فقط في مرحلتي نمو التيار وتلاشيه في الابتدائي. واستنتج:

«يتولد تيار محتث في دائرة كهربائية مقفلة (مثل ملف سلكي أو حلقة موصلة) فقط عندما يحصل تغير في الفيض المغناطيسي الذي يخترق تلك الدائرة لوحدة الزمن $\left(\dfrac{\Delta\Phi_B}{\Delta t}\right)$».

وفسّر فشل المحاولات السابقة بأنها اعتمدت على مجالات مغناطيسية ثابتة فقط. ونستنتج من الأنشطة أن:

• تُستحث قوة دافعة كهربائية $\varepsilon_{ind}$ وينساب تيار محتث $I_{ind}$ في دائرة مقفلة (لا تحتوي بطارية) فقط عند تغير الفيض الذي يخترقها لوحدة الزمن.
• تكون قطبية $\varepsilon_{ind}$ واتجاه $I_{ind}$ باتجاه معين عند تزايد الفيض، وباتجاه معاكس عند تناقصه.