نوشته بلاگ

قانون القای فارادی

برای کمک به درک بهتر قانون القای فارادی ابتدا دو مبحث میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و شار مغناطیسی را با هم بررسی می ­کنیم.

میدان الکتریکی

نیروهای الکترواستاتیکی مانند نیروهای گرانشی که در امتداد یک خط مستقیم هستند را میدان الکتریکی می­نامند. این میدان خاصیتی است که هر بار الکتریکی در اطراف خود ایجاد می کند و حتی زمانی که دو ذره در تماس با یکدیگر نیستند نیز وجود دارد. برای نشان دادن این میدان می­توان از خطوط میدان استفاده کرد. قوانینی که خطوط میدان از آن تبعیت می کنند شامل این موارد است: 1) هرگز دو خط میدان الکتریکی یکدیگر را قطع نمی کنند. 2) خطوط میدان از ذرات دارای بار مثبت خارج می­شوند و به ذرات با بار منفی وارد می ­شوند. 3) تعداد خط­هایی که از بار منفی خارج یا به بار مثبت وارد می­ شوند نشان دهنده اندازه بار الکتریکی هستند. 4) برای به دست آوردن جهت میدان در یک نقطه فقط باید بردار مماس بر خطوط میدان در آن نقطه را به دست آورد.

میدان مغناطیسی

همان طور که گفته شد یک ذره باردار می­تواند در اطراف خود میدان الکتریکی ایجاد کند. به همین طریق یک آهن­ربا در اطراف خود میدانی به نام میدان مغناطیسی ایجاد می ­کند. میدان مغناطیسی برداری است که با (B) نشان داده می­شود و می­توان با حرکت دادن یک قطب ­نما در اطراف آن جهت میدان مغناطیسی را مشخص کرد. هر آهن­ربا دارای دو قطب به نام­ های شمال(N) و جنوب(S) است که خطوط میدان از قطب N خارج و به قطب S وارد می­شود. دو قطب همنام در دو آهن­ربا یکدیگر را دفع و دو قطب نا­همنام یک­دیگر را جذب می­ کنند.

شار مغناطیسی

مایکل فارادی در سال 1831 متوجه شد که با دور و نزدیک کردن آهن­ربا نسبت به پیچه عقربه دستگاه میلی آمپر سنج حرکت می­کند که این حرکت نمایانگر عبور جریان از مدار است؛ یعنی با حرکت آهن­ربا نسبت به پیچه یک جریان الکتریکی در مدار القا می­شود. این رخداد را القای الکترومغناطیسی و جریان تولید شده را جریان الکتریکی القایی نامید. با آزمایش هایی که در این زمینه انجام شد به این نتیجه رسیدند با تغییر دادن سه عامل می­ توان جریان الکتریکی القایی ایجاد کرد: 1) تغییر اندازه میدان مغناطیسی  در محل یک مدار بسته 2) تغییر مساحت مدار بسته در میدان مغناطیسی 3) تغییر زاویه بین سیم پیچ و میدان مغناطیسی. کمیتی به نام شار مغناطیسی این سه عامل را در خود دارد. با تغییر مقدار هر یک از این سه عامل شار مغناطیسی هم تغییر می­کند و در نتیجه جریان الکتریکی القایی در مدار به وجود می­ آید.

قانون القای فارادی

این قانون بیشتر از آنکه فکرش را بکنیم در زندگی روزمره ما به ما نزدیک است؛ به عنوان مثال زمانی که از کارت اعتباری خود استفاده می کنید در واقع مشغول استفاده از این قانون هستید. نوار پشت کارت اعتباری دارای میلیارد ها آهن ربای کوچک است که به کمک چسب به هم وصل هستند. وقتی کارت درون دستگاه کارت خوان کشیده می شود، میدان ناشی از ذره های مغناطیسی روی پیچه ای که در دستگاه کارت خوان قرار دارد اثر می گذارد و جریان اندکی را به آن القا می کند. سپس جریان القایی توسط دستگاه دیگری تقویت می شود و داده های موجود در آن رمز گشایی می شود. قانون القای فارادی بیان می­ کند: زمانی که شار مغناطیسی گذرنده از یک مداربسته تغییر می­ کند باعث القای نیرو محرکه ­ای می ­شود که اندازه بزرگی این نیرو محرکه متناسب با آهنگ تغییر شار است.  اگر می خواهید که  جهت جریان القایی را در مدار بسته خود بفهمید باید از قانون لنز استفاده کنید. قانون لنز می گوید که: در یک مدار بسته جریان به دست آمده از یک نیرو محرکه القایی در جهت مخالف تغییر شار مغناطیسی است.