الفيزياء

نبذة تعريفية عن “الحث الكهرطيسي” وتطبيقاته العملية

2011 الكهرباء والمغناطيسية

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الحث الكهرطيسي الفيزياء

عندما يمر جسم موصل مثل الألمنيوم بمغناطيس ما ينشأ في الجسم الموصل تيار كهرطيسي (مغناطيسي كهربائي)، ويطلق على هذا التيار المستخدم في العديد من الأجهزة التي نستعملها في حياتنا اليومية اسم " التيار الدوّامي ".

في النشاط (9) "المغناطيسية الكهربائية (الكهرطيسية) " والنشاط (8) "المجــــال المغناطيسي" ، قمت بتجارب تناولت استعمال الكهرباء من أجل توليد مجال مغناطيسي، وبما أن الكهرباء المغناطيسية شكلان لقوة واحدة، فأنت تستطيع أن تستخدم المغناطيسية في توليد الكهربـــاء.

ويطلق على العملية التي تستخدم المغناطيسية لتوليد الطاقة الكهربائية اسم "الحث المغناطيسي الكهربائي" (أو الحث الكهرطيسي)، ولهذه التأثيرات فوائد كثيرة.

 

الحث الكهربائي المغناطيسي (الكهرطيسي)

عندما يتأرجح جسم موصل مثل الأسلاك أو القطع المعدنية بين قطبي مغناطيس، يقوم المجال المغناطيسي المتغير الناتج عن حركة الجسم الموصل بين القطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس بدفع الإلكترونات داخل الجسم الموصل على هيئة تيارات دائرية.

وإذا استطعت رؤية هذه التيارات، ستجد أن حركتها تشبه التموج أو الشكل الدوّامي الذي نشاهده في برك الماء، ومن هنا جاءت تسمية هذا التيار بالتيارات الدوّامية. وتشكل التيارات الدوّامية مجالاً مغناطيسياً كهربائياً يسري داخل السلك.

إن أول من أجرى تجارب عملية على هذه التيارات كان عالم الفيزياء الأستوني (هنريك لينـز)  ( 1804 – 1865 ) .

 

اكتشف (لينز) أنه إذا حرّك مغناطيس قرب جسم موصل ( أو إذا حرك موصلاً خلال مجال مغناطيسي ) فإن التيار الدوّامي الذي تولّد داخل الجسم الموصل سيتحرك في الاتجاه المعاكس للمجال المغناطيسي. وتؤدي التيارات المتنافرة إلى إبطاء حركة الموصل.

وبصورة عامة، كلما كان المجال المغناطيسي أكبر والموصل أطول كانت التيارات الدوّامية أكبر،  وبالتالي تباطأت سرعة الموصل بمعدل أكبر.

 

استخدامات التيارات الدوامية

يُستخدم الحث المغناطيسي الكهربائي في أحد أصناف المحركات الكهربائية التي يطلق عليها اسم " المحركات الحثية " .

وفي هذا النوع من المحركات تتأرجح قطعة معدنية بين مغناطيسات كهربائية مولدة مجالاً مغناطيسياً، ثم يؤدي المجال المغناطيسي إلى نشوء تيارات دوّامية في القطعة المعدنية تجعلها تدور . ويُستخدم هذا الجزء المعدني الدوّار في تشغيل إحدى الآلات.

أما النوع الآخر من المحركات الحثية فيستخدم المغناطيسات الكهربائية في خط مستقيم، فعندما يُدار مفتاح الإمداد الكهربائي، تنتج المغناطيسات الكهربائية تيارات دوّامية في قطعة معدنية، فيمر المعدن مباشرة بالمغناطيسات.

 

ويطلق على هذه الأنواع من المحركات اسم "المحركات الحثية الخطية " . وقد ارتبط اسم هذا النوع من المحركات الحثية بقطارات الوسادة المغناطيسية (انظر أعلاه).

تستخدم التيارات الدوّامية أيضاً لتخميد الحركات غير المرغوبة. إذا كان في مدرستك ميزان آلي، أطلب من معلمك أن يريك داخل الميزان.

ربما تستطيع مشاهدة شريط معدني رفيع يتحرك بين مغناطيسين، حيث يعمل على إنشاء تيار دوّامي يقوم بإبطاء أي حركة غير مرغوبة في كفتي الميزان.

 

كما أن مقياس السرعة في السيارات هو أحد الأشكال الأخرى الشائعة للتيارات الدوّامية. ويعمل هذا المقياس عندما يقوم مغناطيس دوّار موصول بمنظومة القيادة في السيارة بالدوران بجانب قرص من  الألمنيوم.

وعندما يدور المغناطيس يسبب تيّارات دوّامية في قرص الألمنيوم، وتقوم هذه التيارات بتوليد قوة مغناطيسية تؤدي إلى دوران القرص (ومؤشر مقياس السرعة).

ومع زيادة سرعة السيـــارة،  يزداد دوران المغناطيس وتشتد التيارات الدوّامية، ما يؤدي إلى سرعة دوران مؤشر مقياس السرعة.

 

وللتيارات الدوّامية تأثيرات غير مرغوبة أيضا تنتج على شكل آثار جانبية في مجموعات التحويل الكهربائية وعدد آخر من الأجهزة الكهربائية التي تستخدم المغناطيسات الكهربائية.

وتقوم الدوّارات الدوّامية في هذه الحالات بكبح المجال المغناطيسي وضياع الطاقة، وللتغلب على هذا الوضع، تستخدم شرائح معدنية رقيقة في صنع المحولات بدلاً من القطعة المعدنية الصلبة.

ويتم الفصل بين الشرائح المعدنية بواسطة مادة غروية عازلة، ما يؤدي إلى إبقاء التيارات الدوّامية المتولدة حول هذه الشرائط المعدنية، ويساعد هذا الترتيب على تخفيض التيارات، وبالتالي الحد من هدر الطاقة الكهربائية.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
Loading cart ⌛️ ...
إغلاق
إغلاق