الحث الكهرومغناطيسي: قانون فاراداي وقانون لنز مع تمارين محلولة – الثانية ثانوي (علوم فيزيائية) – المنهاج الجزائري

أهداف الدرس

• فهم ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي
• التعرف على قانون فاراداي للحث
• تطبيق قانون لنز لتحديد اتجاه التيار المحث
• حساب القوة المحركة الكهربائية المحثة

1. ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي

عند تغير التدفق المغناطيسي عبر دارة كهربائية مغلقة، تتولد فيها قوة محركة كهربائية (f.e.m) تسمى قوة محركة محثة، وينشأ عنها تيار كهربائي محث. هذا هو مبدأ الحث الكهرومغناطيسي الذي اكتشفه مايكل فاراداي عام 1831.

2. التدفق المغناطيسي

التدفق المغناطيسي Ф عبر سطح هو حاصل ضرب شدة الحقل المغناطيسي B في مساحة السطح S في جيب تمام الزاوية بين الحقل والعمودي على السطح: Ф = B × S × cos θ

يقاس التدفق بوحدة الويبر (Wb).

3. قانون فاراداي

القوة المحركة الكهربائية المحثة e في دارة تساوي سالب معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر الدارة: e = -dФ/dt

أو e = -N × dФ/dt في حالة وشيعة ذات N لفة.

قيمة e تقاس بالفولت (V). كلما زادت سرعة تغير التدفق زادت القوة المحركة المحثة.

4. قانون لنز

قانون لنز يحدد اتجاه التيار المحث: التيار المحث يتخذ اتجاهاً يجعل تأثيراته المغناطيسية مضادة للسبب المحدث له. بعبارة أخرى، يسعى التيار المحث إلى مقاومة التغير في التدفق المغناطيسي الذي سببته. الإشارة السالبة في قانون فاراداي تعبر عن قانون لنز.

5. تطبيقات الحث الكهرومغناطيسي

• المولد الكهربائي: يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية
• المحول الكهربائي: يغير قيمة التوتر المتناوب
• المحث (الوشيعة): عنصر كهربائي يخزن الطاقة في مجال مغناطيسي
• المواقد الحثية: تستخدم الحث لتسخين الأواني المعدنية
• الرادار والاتصالات: تعتمد على مبادئ الحث الكهرومغناطيسي

تمرين محلول

تمرين: وشيعة مسطحة عدد لفاتها N = 200 لفة ومساحتها S = 0.01 m² موضوعة في مجال مغناطيسي منتظم B = 0.5 T. إذا زادت شدة الحقل من 0.2 T إلى 0.5 T خلال 0.1 s، احسب:

1. التغير في التدفق ΔФ
2. القوة المحركة المحثة في الوشيعة

الحل:

1. التدفق الابتدائي: Ф₁ = B₁ × S = 0.2 × 0.01 = 0.002 Wb
التدفق النهائي: Ф₂ = B₂ × S = 0.5 × 0.01 = 0.005 Wb
ΔФ = Ф₂ – Ф₁ = 0.005 – 0.002 = 0.003 Wb

2. القوة المحركة المحثة: e = -N × ΔФ/Δt = -200 × 0.003/0.1 = -6 V
قيمة e = 6 V (القيمة المطلقة)

خلاصة

الحث الكهرومغناطيسي ظاهرة فيزيائية أساسية تشرح توليد التيار الكهربائي من تغير التدفق المغناطيسي. قانون فاراداي يحدد قيمة القوة المحركة المحثة وقانون لنز يحدد اتجاهها. لهذه الظاهرة تطبيقات واسعة في المولدات والمحولات والأجهزة الكهربائية الحديثة.

📍 دروس مشابهة:

• قوانين نيوتن للحركة: شرح وتطبيقات محلولة – الثانية ثانوي
• الطاقة الحركية والطاقة الكامنة الثقالية: قانون انحفاظ الطاقة