الحث: الصيغة والوحدات ، الحث الذاتي
الحث هو خاصية الدوائر الكهربائية التي يتم من خلالها إنتاج قوة دافعة كهربائية ، بسبب مرور التيار الكهربائي وتغير المجال المغناطيسي المرتبط. يمكن لهذه القوة الدافعة الكهربائية توليد ظاهرتين مختلفتين تمامًا عن بعضهما البعض.
الأول هو الحث الذاتي في الملف ، والثاني يتوافق مع الحث المتبادل ، إذا كان الملفان أو أكثر مقرونا. تستند هذه الظاهرة إلى قانون فاراداي ، المعروف أيضًا باسم قانون الحث الكهرومغناطيسي ، والذي يشير إلى أنه من الممكن توليد حقل كهربائي من مجال مغناطيسي متغير.
في عام 1886 ، أعطى الفيزيائي والرياضيات والمهندس الكهربائي وخبير التصوير بالأشعة أوليفر هيفيسيد المؤشرات الأولى حول الاستقراء الذاتي. ثم ، قدم الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري أيضًا مساهمات مهمة في الحث الكهرومغناطيسي. لذلك ، وحدة قياس الحث تحمل اسمه.
وبالمثل ، افترض الفيزيائي الألماني هاينريش لينز قانون لينز ، حيث تم تحديد اتجاه القوة الدافعة الكهربائية المستحثة. وفقًا لنز ، فإن هذه القوة الناتجة عن اختلاف الجهد المطبق على الموصل تسير في الاتجاه المعاكس لاتجاه التيار الذي يتدفق عبره.
الحث هو جزء من مقاومة الدائرة. وهذا يعني أن وجودها ينطوي على بعض المقاومة لتداول التيار.
الصيغ الرياضية
عادة ما يتم تمثيل الحث مع الحرف "L" ، تكريما لإسهامات الفيزيائي هاينريش لينز في هذا الموضوع.
يتضمن النمذجة الرياضية للظاهرة الفيزيائية متغيرات كهربائية مثل التدفق المغناطيسي ، والفرق المحتمل والتيار الكهربائي لدائرة الدراسة.
صيغة من شدة التيار
رياضيا ، يتم تعريف صيغة الحث المغناطيسي على أنها الحاصل بين التدفق المغناطيسي في العنصر (الدائرة ، الملف الكهربائي ، الملف ، إلخ) ، والتيار الكهربائي الذي يتدفق عبر العنصر.
في هذه الصيغة:
L: الحث [H].
Φ: التدفق المغناطيسي [Wb].
الأول: شدة التيار الكهربائي [A].
N: عدد لفائف الملف [بدون وحدة].
التدفق المغناطيسي المذكور في هذه الصيغة هو التدفق الناتج فقط بسبب دوران التيار الكهربائي.
لكي يكون هذا التعبير ساري المفعول ، لا يجب مراعاة التدفقات الكهرومغناطيسية الأخرى الناتجة عن عوامل خارجية مثل المغناطيس أو الموجات الكهرومغناطيسية خارج دائرة الدراسة.
قيمة الحث تتناسب عكسيا مع شدة التيار. هذا يعني أنه كلما زاد الحث ، انخفض تداول التيار عبر الدائرة ، والعكس صحيح.
من ناحية أخرى ، فإن حجم الحث يتناسب طرديا مع عدد المنعطفات (أو المنعطفات) التي تشكل الملف. لمزيد من دوامة الحث لديه ، وزيادة قيمة الحث.
تختلف هذه الخاصية أيضًا اعتمادًا على الخواص الفيزيائية للسلك الذي يشكل الملف ، وكذلك طوله.
صيغة للضغط المستحث
يعد التدفق المغناطيسي المرتبط بالملف أو الموصل من الصعب تغييره. ومع ذلك ، فمن الممكن الحصول على فرق الجهد الكهربائي الناتج عن الاختلافات في التدفق المذكور.
هذا المتغير الأخير ليس أكثر من الجهد الكهربائي ، وهو متغير قابل للقياس من خلال الأدوات التقليدية مثل الفولتميتر أو المتر. وبالتالي ، فإن التعبير الرياضي الذي يعرّف الجهد عند أطراف المحث هو كما يلي:
في هذا التعبير:
V L : الفرق المحتمل في المحث [V].
L: الحث [H].
ΔI: الفرق الحالي [I].
Δt: فارق التوقيت [s].
إذا كان ملفًا واحدًا ، فإن V L هو الجهد المستحث ذاتياً للمحث. يعتمد قطبية هذا الجهد على ما إذا كان حجم التيار يزيد (علامة إيجابية) أو يتناقص (علامة سلبية) عند الانتقال من عمود إلى آخر.
أخيرًا ، من خلال مسح محو التعبير الرياضي السابق ، لدينا ما يلي:
يمكن الحصول على حجم الحث عن طريق قسمة قيمة الجهد المستحث ذاتيا بين تفاضلي التيار فيما يتعلق بالوقت.
الصيغة حسب خصائص المحث
تلعب مواد التصنيع وهندسة المحث دورًا أساسيًا في قيمة الحث. أي أنه بالإضافة إلى شدة التيار ، هناك عوامل أخرى تؤثر عليه.
الصيغة التي تصف قيمة الحث على أساس الخصائص الفيزيائية للنظام هي كما يلي:
في هذه الصيغة:
L: الحث [H].
N: عدد لفات الملف [بدون وحدة].
μ: النفاذية المغناطيسية للمادة [Wb / A · m].
S: مساحة المقطع العرضي للنواة [M2].
ل: طول خطوط التدفق [م].
يتناسب حجم الحث بشكل مباشر مع مربع عدد المنعطفات ، ومنطقة المقطع العرضي للملف ونفاذية المواد المغناطيسية.
من ناحيتها ، النفاذية المغناطيسية هي الخاصية التي تحتوي على المواد اللازمة لجذب الحقول المغناطيسية واجتيازها. كل المواد لديها نفاذية مغناطيسية مختلفة.
بدوره ، فإن الحث يتناسب عكسيا مع طول الملف. إذا كان المحث طويلًا جدًا ، ستكون قيمة الحث أقل.
وحدة القياس
في النظام الدولي (SI) وحدة الحث هي هنري ، تكريما للفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري.
وفقًا لصيغة تحديد الحث كدالة للتدفق المغناطيسي وشدة التيار ، يتعين علينا:
من ناحية أخرى ، إذا حددنا وحدات القياس التي تشكل هنري بناءً على صيغة الحث كدالة للجهد المستحث ، فلدينا:
تجدر الإشارة إلى أنه من حيث وحدة القياس ، فإن كلا التعبيرين متكافئان تمامًا. عادة ما يتم التعبير عن المقاييس الأكثر شيوعًا للحث في الميلينيريوس (mH) و microhenrios (μH).
النفس - الحث
الحث الذاتي هو ظاهرة تنشأ عندما يدور التيار الكهربائي عبر ملف وهذا يؤدي إلى وجود قوة دافعة كهربائية داخلية في النظام.
وتسمى هذه القوة الدافعة الكهربائية الجهد أو الجهد المستحث ، وتنشأ نتيجة لوجود تدفق مغناطيسي متغير.
تتناسب القوة الدافعة الكهربائية مع سرعة تباين التيار المتدفق عبر الملف. في المقابل ، فإن هذا الفارق الجديد في الفولتية يستحث دوران التيار الكهربائي الجديد الذي يسير في الاتجاه المعاكس للتيار الرئيسي للدائرة.
يحدث الحث الذاتي نتيجة للتأثير الذي تمارسه الجمعية على نفسها ، بسبب وجود حقول مغناطيسية متغيرة.
وحدة قياس الحث الذاتي هي أيضا هنري [H] ، وعادة ما يتم تمثيلها في الأدب بالحرف L.
الجوانب ذات الصلة
من المهم التمييز بين مكان حدوث كل ظاهرة: يحدث التغير الزمني للتدفق المغناطيسي في سطح مفتوح ؛ وهذا هو ، حول لفائف الفائدة.
في المقابل ، فإن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في النظام هي الفرق المحتمل الموجود في الحلقة المغلقة التي تحدد السطح المفتوح للدائرة.
بدوره ، فإن التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر كل لف لف يتناسب طرديا مع شدة التيار الذي يسببه.
عامل التناسب بين التدفق المغناطيسي وشدة التيار ، هو ما يعرف بمعامل الاستقراء الذاتي ، أو ما هو نفسه ، الحث الذاتي للدائرة.
بالنظر إلى التناسب بين كلا العاملين ، إذا تفاوتت شدة التيار كدالة للوقت ، فسيكون للتدفق المغناطيسي سلوك مشابه.
وبالتالي ، فإن الدائرة تقدم تغييرا في الاختلافات الخاصة بها من التيار ، وهذا الاختلاف سوف يزداد كما شدة التيار يختلف اختلافا كبيرا.
يمكن فهم الحث الذاتي كنوع من الجمود الكهرومغناطيسي ، وستعتمد قيمته على هندسة النظام ، شريطة أن يتم تحقيق التناسب بين التدفق المغناطيسي وشدة التيار.
الحث المتبادل
يأتي الحث المتبادل من تحريض القوة الدافعة الكهربائية في ملف (ملف رقم 2) ، بسبب دوران تيار كهربائي في ملف قريب (ملف رقم 1).
لذلك ، يتم تعريف الحث المتبادل كعامل النسبة بين القوة الدافعة الكهربائية المتولدة في الملف رقم 2 والاختلاف الحالي في الملف رقم 1.
وحدة قياس الحث المتبادل هي هنري [H] ويتم تمثيلها في الأدب بالحرف M. وهكذا ، فإن الحث المتبادل هو الذي يحدث بين ملفين مقرنين معًا ، حيث أن التيار يتدفق عبر ينتج ملف واحد جهدًا واحدًا عند أطراف الطرف الآخر.
تستند ظاهرة تحريض القوة الدافعة الكهربائية في الملف المزدوج إلى قانون فاراداي.
وفقًا لهذا القانون ، فإن الجهد الناتج في نظام يتناسب مع سرعة التغير في التدفق المغناطيسي في الوقت المناسب.
من جانبها ، يتم إعطاء قطبية القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بموجب قانون لينز ، والذي بموجبه ستعارض هذه القوة الدافعة الكهربائية تداول التيار الذي ينتجها.
الحث المتبادل بواسطة FEM
يتم إعطاء القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الملف N ° 2 بالتعبير الرياضي التالي:
في هذا التعبير:
EMF: القوة الدافعة الكهربائية [V].
م 12 : الحث المتبادل بين الملف رقم 1 والملف رقم 2 [H].
1I 1 : التباين الحالي في الملف رقم 1 [A].
Δt: التباين الزمني [s].
وبالتالي ، عن طريق مسح الحث المتبادل للتعبير الرياضي السابق ، النتائج التالية:
الأكثر شيوعا تطبيق الحث المتبادل هو المحولات.
الحث المتبادل بواسطة التدفق المغناطيسي
من جانبها ، من الممكن أيضًا استنتاج الحث المتبادل عند الحصول على الحاصل بين التدفق المغناطيسي بين الملفين وشدة التيار المتدفق عبر الملف الأساسي.
في تعبير قال:
م 12 : الحث المتبادل بين الملف رقم 1 والملف رقم 2 [H].
Φ 12 : التدفق المغناطيسي بين الملفات N ° 1 و N ° 2 [Wb].
I 1 : شدة التيار الكهربائي من خلال الملف N ° 1 [A].
عند تقييم التدفقات المغناطيسية لكل ملف ، كل منها يتناسب مع الحث المتبادل والتيار الحالي لهذا الملف. ثم ، يتم إعطاء التدفق المغناطيسي المرتبط بالملف N ° 1 بالمعادلة التالية:
على نحو مماثل ، سيتم الحصول على التدفق المغناطيسي المتأصل في الملف الثاني من الصيغة أدناه:
المساواة في الحث المتبادل
ستعتمد قيمة الحث المتبادل أيضًا على هندسة الملفات المزدوجة ، نظرًا للعلاقة التناسبية مع المجال المغناطيسي الذي يجتاز المقاطع العرضية للعناصر المرتبطة.
إذا تم الحفاظ على هندسة اقتران ثابت ، فإن الحث المتبادل سيبقى أيضا دون تغيير. وبالتالي ، فإن اختلاف التدفق الكهرومغناطيسي يعتمد فقط على شدة التيار.
وفقًا لمبدأ المعاملة بالمثل للوسائط ذات الخواص الفيزيائية الثابتة ، تكون الحث المتبادل متطابقة مع بعضها البعض ، كما هو مفصل في المعادلة التالية:
أي أن الحث للملف رقم 1 بالنسبة للملف رقم 2 يساوي الحث للملف رقم 2 فيما يتعلق بالملف رقم 1.
تطبيقات
الحث المغنطيسي هو المبدأ الأساسي لعمل المحولات الكهربائية ، التي تسمح برفع وخفض مستويات الجهد الكهربائي بقوة ثابتة.
يحول دوران التيار خلال اللف الأولي للمحول قوة دافعة كهربائية في اللف الثانوي ، والتي بدورها تترجم إلى دورة تيار كهربائي.
يتم إعطاء نسبة التحويل للجهاز من خلال عدد لفات كل لف ، والتي من الممكن تحديد الجهد الثانوي للمحول.
يظل منتج الجهد الكهربي والتيار الكهربائي (أي الطاقة) ثابتًا ، باستثناء بعض الخسائر الفنية بسبب عدم الكفاءة الفعلية للعملية.
