الحث الكهرومغناطيسي: ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي وقانون فاراداي وقانون لينز مع تمارين بكالوريا محلولة — الثانية ثانوي — العلوم الفيزيائية — المنهاج الجزائري

الحث الكهرومغناطيسي: قانون فاراداي وقانون لينز

أهداف الدرس:

• أن يفهم المتعلم مفهوم ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي.
• أن يطبق قانون فاراداي لحساب القوة المحركة الكهربائية الحثية.
• أن يستخدم قانون لينز لتحديد اتجاه التيار الحثي.
• أن يحل تمارين بكالوريا حول الحث الكهرومغناطيسي.

أولاً: مفهوم الحث الكهرومغناطيسي

الحث الكهرومغناطيسي هو ظاهرة فيزيائية تولد فيها قوة محركة كهربائية (تيار كهربائي) في ناقل (وشيعة أو سلك) عندما يتغير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبره.

اكتشافها: اكتشفها العالم الإنجليزي مايكل فاراداي عام 1831م عندما لاحظ أن تحريك مغناطيس داخل وشيعة يولد تياراً كهربائياً.

ثانياً: التدفق المغناطيسي (Φ)

التدفق المغناطيسي هو عدد خطوط المجال المغناطيسي التي تعبر سطحاً معيناً. يُحسب بالعلاقة:

Φ = B × S × cos(θ)

حيث: (Φ) التدفق المغناطيسي (بالويبر Wb)، (B) شدة المجال المغناطيسي (بالتيسلا T)، (S) مساحة السطح (بالمتر المربع m²)، (θ) الزاوية بين المجال والعمود على السطح.

ثالثاً: قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي

ينص قانون فاراداي على أن القوة المحركة الكهربائية الحثية (ε) المتولدة في دارة مغلقة تساوي معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر الدارة مضروباً في عدد لفات الوشيعة:

ε = -N × (ΔΦ / Δt)

حيث: (ε) القوة المحركة الكهربائية الحثية (بالفولت V)، (N) عدد لفات الوشيعة، (ΔΦ) تغير التدفق المغناطيسي (بالويبر Wb)، (Δt) الزمن (بالثانية s).

ملاحظة: الإشارة السالبة (-) تعبر عن قانون لينز.

رابعاً: قانون لينز (Lenz Law)

ينص قانون لينز على أن اتجاه التيار الحثي المتولد يكون بحيث يقاوم التغير في التدفق المغناطيسي الذي سببه (مبدأ حفظ الطاقة).

تطبيق: عند تقريب مغناطيس من وشيعة، يتولد تيار حثي اتجاهه يخلق مجالاً مغناطيسياً يعاكس حركة المغناطيس (تنافر). عند إبعاده، يتولد تيار اتجاهه يخلق مجالاً يجذب المغناطيس.

خامساً: العوامل المؤثرة على القوة المحركة الكهربائية الحثية

1. سرعة التغير: كلما زادت سرعة حركة المغناطيس أو تغير التدفق، زادت القوة الحثية.
2. شدة المجال المغناطيسي (B): كلما زادت شدة المغناطيس، زاد التدفق والقوة الحثية.
3. عدد لفات الوشيعة (N): القوة الحثية تتناسب طرداً مع عدد اللفات.
4. مساحة الوشيعة (S): كلما زادت مساحة الوشيعة، زاد التدفق والقوة الحثية.

سادساً: تطبيقات الحث الكهرومغناطيسي

• المولد الكهربائي (الدينامو): تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.
• المحول الكهربائي: تغيير فرق الجهد في دوائر التيار المتناوب.
• المحرك الكهربائي: يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.
• الميكروفون: يحول الموجات الصوتية إلى إشارات كهربائية.

سابعاً: تمارين بكالوريا محلولة

التمرين 1: وشيعة عدد لفاتها N = 200 لفة، يتغير التدفق المغناطيسي خلالها من Φ₁ = 0.02 Wb إلى Φ₂ = 0.06 Wb خلال زمن Δt = 0.1 s. احسب القوة المحركة الكهربائية الحثية المتولدة.

الحل: ΔΦ = Φ₂ – Φ₁ = 0.06 – 0.02 = 0.04 Wb
ε = -N × (ΔΦ/Δt) = -200 × (0.04/0.1) = -200 × 0.4 = -80 V
إذن القوة المحركة الكهربائية الحثية هي 80 V (الإشارة السالبة تعني أنها مقاومة للتغير).

التمرين 2: وشيعة مساحة مقطعها S = 0.01 m² موضوعة عمودياً على مجال مغناطيسي شدته B = 0.5 T. احسب التدفق المغناطيسي خلالها.

الحل: θ = 0° (عمودي) → cos(0) = 1
Φ = B × S × cos(θ) = 0.5 × 0.01 × 1 = 0.005 Wb.

التمرين 3: ما وظيفة الإشارة السالبة في قانون فاراداي؟

الحل: الإشارة السالبة تعبر عن قانون لينز، أي أن القوة المحركة الكهربائية الحثية تولد تياراً يقاوم التغير في التدفق المغناطيسي المسبب له، وهذا يضمن حفظ الطاقة في النظام.

📍 دروس مشابهة

• الحركة الوطنية الجزائرية: النشأة والتطور (1919
• الاستعارة التصريحية والمكنية — تعريفها وأركانها وأنواعها — اللغة العربية — الثانية ثانوي
• التفاعلات الضوئية في التركيب الضوئي: امتصاص الضوء وسلسلة نقل الإلكترونات — علوم الطبيعة والحياة — الثانية ثانوي