قانون فاراداي: الفرق بين النسختين

[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
بوت: إضافة بوابة:كهرباء
وسمان: أوتوويكي براوزر تعديل المحمول المتقدم
JarBot (نقاش | مساهمات)
ط بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V4.2 (تجريبي)
سطر 1:
{{كهرومغناطيسية}}
 
'''قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي''' هو قانون أساسي في [[كهرومغناطيسية|الكهرومغناطيسية]] والذي يتنبأ بطريقة تفاعل الحقل المغناطيسي مع [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]] لينتج [[قوة محركةدافعة كهربائية|قوة محركة كهربية]] في ظاهرة تسمى [[حث كهرومغناطيسي|الحث الكهرومغناطيسي]] وهي المبدأ الرئيسي [[محول|للمحول]] و[[محث|المحث]] والعديد من أنوع [[محرك كهربائي|المحركات الكهربية]] و[[مولد (توضيح)|المولدات]] والملفات الكهربائية.<ref name="Sadiku386">{{citeمرجع bookكتاب|lastالأخير=Sadiku|firstالأول=M. N. O.|titleعنوان=Elements of Electromagnetics|yearسنة=2007|pageصفحة=386|publisherناشر=Oxford University Press|editionإصدار=4th|locationمكان=New York & Oxford|urlمسار=https://books.google.com/books?id=w2ITHQAACAAJ&dq=ISBN0-19-530048-3|isbn=0-19-530048-3}}</ref><ref>{{citeمرجع webويب|dateتاريخ=1999-07-22|titleعنوان=Applications of electromagnetic induction|urlمسار=http://physics.bu.edu/~duffy/py106/Electricgenerators.html|publisherناشر=[[جامعة بوسطن]]| مسار الأرشيفأرشيف = httphttps://web.archive.org/web/20180630024724/http://physics.bu.edu/~duffy/py106/Electricgenerators.html | تاريخ الأرشيفأرشيف = 30 يونيو 2018 }}</ref>
 
معادلة ماكسويل فاراداي هي تعميم لقانون فاراداي وهي أحد معادلات ماكسويل.
سطر 7:
== التاريخ ==
[[File:Faraday emf experiment.svg|350px|thumb|صورة توضح تجربة الحلقة الحديدية لفاراداي]]
تم اكتشاف [[حث كهرومغناطيسي|الحث الكهرومغناطيسي]] بشكل مستقل بواسطة [[مايكل فاراداي]] في عام 1813 وجوزيف هنري في عام 1832.<ref>{{citeمرجع webويب|titleعنوان=A Brief History of Electromagnetism|urlمسار=http://web.hep.uiuc.edu/home/serrede/P435/Lecture_Notes/A_Brief_History_of_Electromagnetism.pdf| مسار الأرشيفأرشيف = httphttps://web.archive.org/web/20171215165803/http://web.hep.uiuc.edu:80/home/serrede/P435/Lecture_Notes/A_Brief_History_of_Electromagnetism.pdf | تاريخ الأرشيفأرشيف = 15 ديسمبر 2017 }}</ref> .<ref>{{citeمرجع bookكتاب|lastالأخير=Ulaby|firstالأول=Fawwaz|titleعنوان=Fundamentals of applied electromagnetics|editionإصدار=5th|yearسنة=2007|urlمسار=https://www.amazon.com/exec/obidos/tg/detail/-/0132413264/ref=ord_cart_shr?%5Fencoding=UTF8&m=ATVPDKIKX0DER&v=glance|publisherناشر=Pearson:Prentice Hall|isbn=0-13-241326-4|pageصفحة=255}}</ref><ref>{{citeمرجع webويب|urlمسار=http://www.nasonline.org/member-directory/deceased-members/20001467.html |titleعنوان=Joseph Henry |accessdateتاريخ الوصول=2016-12-30 |workعمل=Member Directory, National Academy of Sciences| مسار الأرشيفأرشيف = httphttps://web.archive.org/web/20180720190525/http://www.nasonline.org/member-directory/deceased-members/20001467.html | تاريخ الأرشيفأرشيف = 20 يوليو 2018 }}</ref> كان فاراداي هو أول من نشر نتائج تجاربه. في أولى تجارب فاراداي للحث الكهرومغناطيسي (29 أغسطس 1831)<ref name="FaradayDay1999">{{citeمرجع bookكتاب|last1الأخير1=Faraday|first1الأول1=Michael|last2الأخير2=Day|first2الأول2=P.|titleعنوان=The philosopher's tree: a selection of Michael Faraday's writings|urlمسار=https://books.google.com/books?id=ur6iKVmzYhcC&pg=PA71|accessdateتاريخ الوصول=28 August 2011|dateتاريخ=1999-02-01|publisherناشر=CRC Press|isbn=978-0-7503-0570-9|pageصفحة=71}}</ref> قام فاراداي بلف سلكين حول جانبين مختلفين من حلقة حديدية. وبناء على تقييمه لخواص المغناطيسات الكهربية المكتشفة حديثا، توقع فاراداي أنه عندما يبدأ التيار في السريان في أحد السلكين فإن نوعا ما من الموجات سينتقل خلال الحلقة مسببا تأثيرا كهربيا على الناحية المقابلة. قام بتوصيل أحد السلكين [[جلفانومتر|بجلفانوميتر]] وراقبه بينما وصل السلك الآخر ببطارية. بالفعل رأى تيارا مؤقتا (والذي أطلق عليه "موجة كهربية") عندما وصل السلك بالبطارية ولاحظ تيارا آخر عند فصل السلك عن البطارية.<ref>''Michael Faraday'', by L. Pearce Williams, pp. 182–3</ref> سبب هذا الحث هو الاختلاف في التدفق المغناطيسي الذي حدث عند توصيل وعند فصل البطارية. في غضون شهرين كان فاراداي قد دون مجموعة أخرى من الملاحظات بخصوص الحث الكهرومغناطيسي. على سبيل المثال فقد لاحظ تيارات مؤقتة عندما يحرك قضيبا مغناطيسيا بسرعة داخل وخارج الأسلاك، وقام بتوليد تيارا ثابتا ([[تيار مستمر]]) عن طريق دوران حلقة نحاسية قرب قضيب مغناطيسي.<ref>''Michael Faraday'', by L. Pearce Williams, p. 191–5</ref>
 
شرح مايكل فاراداي [[حث كهرومغناطيسي|الحث الكهرومغناطيسي]] مستخدما مبدأ أسماه خطوط القوة. إلا أن العلماء في ذلك الوقت رفضوا أفكاره النظرية بشكل واسع بسبب أنه لم يكن قد شكلها في صورة رياضية بعد.<ref name=Williams510>''Michael Faraday'', by L. Pearce Williams, p. 510</ref> الاستثناء كان [[جيمس كليرك ماكسويل|جايمس كليرك ماكسويل]] والذي في 1861-1862 استخدم أفكار فاراداي كأساس لنظريته الكمية الكهرومغناطيسية.<ref name=Williams510/><ref>Maxwell, James Clerk (1904), ''A Treatise on Electricity and Magnetism'', Vol. II, Third Edition. Oxford University Press, pp. 178–9 and 189.</ref><ref name="IEEUK">[http://www.theiet.org/resources/library/archives/biographies/faraday.cfm "Archives Biographies: Michael Faraday", The Institution of Engineering and Technology.] {{Webarchive|url=httphttps://web.archive.org/web/20180615005040/https://www.theiet.org/resources/library/archives/biographies/faraday.cfm |date=15 يونيو 2018}}</ref>
 
يصف قانون لينز والذي صاغه إيميل لينز في عام 1834<ref>Lenz, E. (1834), "[http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k151161/f499.image.r=lenz.langEN Ueber<!--[sic]--> die Bestimmung der Richtung der durch elektodynamische Vertheilung erregten galvanischen Ströme]", ''Annalen der Physik und Chemie'', '''107''' (31), pp. 483–494. A partial translation of the paper is available in Magie, W. M. (1963), ''A Source Book in Physics'', Harvard: Cambridge MA, pp. 511–513. {{Webarchive|url=httphttps://web.archive.org/web/20180614130059/http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k151161/f499.image.r=lenz.langEN |date=14 يونيو 2018}}</ref> "التدفق خلال دائرة كهربية" كما يعطي اتجاه القوة الكهرومغناطيسية المستحثة والتيار الناتج عن الحث الكهرومغناطيسي.<ref>[https://books.google.com/books?id=JzBAAAAAYAAJ&pg=PA285 Poyser, Arthur William (1892), ''Magnetism and electricity: A manual for students in advanced classes'']. London and New York; Longmans, Green, & Co., p. 285, fig. 248. Retrieved 2009-08-06. {{Webarchive|url=httphttps://web.archive.org/web/20170202082928/https://books.google.com/books?id=JzBAAAAAYAAJ&pg=PA285 |date=02 فبراير 2017}}</ref>
 
== قانون فاراداي ==
=== النص الكيفي ===
ينص الإصدار الأكثر انتشارا لقانون فاراداي على:
{{Quotation|تتناسب القوة الدافعة الكهربية المستحثة في أي دائرة مغلقة والمتولدة في ملف أو موصل طرديا مع المعدل الزمني الذي يقطع فيه الموصل لخطوط الفيض المغناطيسي..<ref name="Jordan & Balmain (1968)">"Faraday's Law, which states that the electromotive force around a closed path is equal to the negative of the time rate of change of magnetic flux enclosed by the path"{{citeمرجع bookكتاب| lastالأخير=Jordan|firstالأول= Edward |last2الأخير2=Balmain|first2الأول2=Keith G.| titleعنوان = Electromagnetic Waves and Radiating Systems | editionإصدار = 2nd| pageصفحة = 100| publisherناشر = Prentice-Hall| dateتاريخ = 1968}}</ref><ref name="Hayt (1989)">"The magnetic flux is that flux which passes through any and every surface whose perimeter is the closed path"{{citeمرجع bookكتاب| lastالأخير = Hayt| firstالأول = William| titleعنوان = Engineering Electromagnetics | editionإصدار = 5th| pageصفحة = 312| isbn = 0-07-027406-1| publisherناشر = McGraw-Hill| dateتاريخ = 1989}}</ref>}}
 
هذا الإصدار من قانون فاراداي يعمل فقط في دائرة مغلقة وعندما تكون الأسلاك رفيعة للغاية ولا يعمل في الظروف الأخرى والتي ستُناقش في الأسفل. الإصدار الآخر (معادلة ماكسويل فاراداي) والتي ستُناقش في الأسفل تعمل في كل الظروف.
سطر 28:
حيث dA هو عنصر مساحة السطح للسطح المتحرك Σ(t) وB هو المجال المغناطيسي (يطلق عليه أيضا "كثافة التدفق المغناطيسي")، و B•dA هو متجه [[ضرب نقطي|الضرب النقطي.]]
 
عندما يتغير التدفق المغناطيسي (لأن B اختلف أو لأن الدائرة الكهربية تحركت أو للسببين معا) يقول قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي أن الدائرة الكهربية تكتسب [[قوة محركةدافعة كهربائية|قوة دافعة كهربية]] ℰ يمكن تعريفها بأنها الطاقة المتاحة من وحدة الشحنة والتي سافرت مرة خلال دائرة كهربية. بشكل متساو فهي فرق الجهد الكهربائي والذي يمكن قياسه عن طريق قطع السلك لتكوين دائرة مفتوحة وتوصيل [[فولتمترمقياس جهد كهربائي|الفولتميتر]] بسلك التوصيل.
 
ينص قانون فاراداي على أن القوة الدافعة الكهربية الناتجة تعتمد أيضا على معدل التغير في التدفق المغناطيسي:
سطر 41:
* قم بإيجاد إشارة ΔΦB أو التغير في التدفق المغناطيسي. قم بتحديد التدفق الأولي والتدفق النهائي (والفارق بينهما ΔΦB) بالنسبة إلى المساحة س والمتحددة من الإبهام الممدود.
* إذا كان التغير في التدفق ΔΦB موجب الإشارة فإن الأصابع الملتفة تشير إلى اتجاه القوة الدافعة الكهربية (الدائرة الصفراء).
* إذا كان التغير في التدفق سالب الشحنة يكون اتجاه القوة الدافعة الكهربية معاكسا لاتجاه الأصابع الملتفة (عكس اتجاه أسهم الدائرة الصفراء).<ref name="Salu2014">{{cite journal|year=2014|title=A Left Hand Rule for Faraday’s Law|journal=[[The Physics Teacher]]|volume=52|pages=48|doi=10.1119/1.4849156|author=Yehuda Salu|bibcode=2014PhTea..52...48S}}</ref><ref>{{citeمرجع webويب|urlمسار=http://Physicsforarchitects.com/bypassing-lenzs-rule|titleعنوان=A Left Hand Rule for Faraday's Law|websiteموقع=www.PhysicsForArchitects.com/bypassing-lenzs-rule|last1الأخير1=Salu|first1الأول1=Yehuda|accessdateتاريخ الوصول=30 July 2017| مسار الأرشيفأرشيف = httphttps://web.archive.org/web/20180630080946/http://physicsforarchitects.com/bypassing-lenzs-rule | تاريخ الأرشيفأرشيف = 30 يونيو 2018 }}</ref>
 
=== معادلة ماكسويل فاراداي ===
سطر 54:
|background colour = #ECFCF4}}
 
معادلة ماكسويل فاراداي هي واحدة من معادلات ماكسويل الأربعة ولذا فهي تلعب دورا هاما في النظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية. يمكن أيضا كتابة المعادلة بطريقة تكاملية عن طريق نظرية كيلفن ستوك كالتالي:<ref name=Harrington>{{citeمرجع bookكتاب|firstالأول=Roger F.|lastالأخير=Harrington|titleعنوان=Introduction to electromagnetic engineering|yearسنة=2003|pageصفحة=56|publisherناشر=Dover Publications|locationمكان=Mineola, NY|isbn=0-486-43241-6|urlمسار=https://books.google.com/books?id=ZlC2EV8zvX8C&pg=PA57&dq=%22faraday%27s+law+of+induction%22}}</ref>
 
{{Equation box 1
سطر 67:
:{{math|'''Σ'''}} هي المساحة المقطوعة بالشكل المغلق {{math|∂'''Σ'''}}
:{{math|'''E'''}} هو المجال الكهربي و{{math|'''B'''}} هو المجال المغناطيسي
:{{math|''d'''''l'''}} هو عنصر متجه [[متناهي الصغر (رياضيات)|متناهي الصغر]] للشكل المغلق {{math|'''∂Σ'''}}
:{{math|''d'''''A'''}} هو عنصر متجه متناهي الصغر للمساحة {{math|'''Σ'''}}.
 
== إثبات قانون فاراداي ==
[[معادلات ماكسويل]] الأربعة (ومنهم معادلة ماكسويل فاراداي) بالإضافة إلى [[قانون لورنتس]] هم أساس كاف لاستخلاص كل شئ في [[كهرومغناطيسية|الكهرومغناطيسية]] الكلاسيكية. ولذا فإنه من الممكن إثبات قانون فاراداي بداية من هذه المعادلات.<ref name=Feynman>"The flux rule" is the terminology that Feynman uses to refer to the law relating magnetic flux to EMF. {{citeمرجع bookكتاب|author-linkوصلة مؤلف=Richard Feynman|last1الأخير1=Feynman|first1الأول1=R. P.|editor1-last=Leighton|editor1-first=R. B.|editor2-last=Sands|editor2-first=M. L.|titleعنوان=The Feynman Lectures on Physics|yearسنة=2006|at=Vol. II, p. 17-2|publisherناشر=Pearson/Addison-Wesley|locationمكان=San Francisco|urlمسار=https://books.google.com/books?id=zUt7AAAACAAJ&dq=intitle:Feynman+intitle:Lectures+intitle:on+intitle:Physics|isbn=0-8053-9049-9}}</ref><ref name=Griffiths2>{{citeمرجع bookكتاب|lastالأخير=Griffiths|firstالأول=David J.|titleعنوان=Introduction to Electrodynamics|urlمسار=https://www.amazon.com/gp/reader/013805326X/ref=sib_dp_pt/104-2951702-6987112#reader-link|editionإصدار=Third|pagesصفحات=301–303|publisherناشر=Prentice Hall|yearسنة=1999|locationمكان=Upper Saddle River NJ|isbn=0-13-805326-X}}</ref>.<ref name=Davison>{{Cite journal | last1الأخير1 = Davison | first1الأول1 = M. E. | titleعنوان = A Simple Proof that the Lorentz Force, Law Implied Faraday's Law of Induction, when '''B''' is Time Independent | doi = 10.1119/1.1987339 | journalصحيفة = American Journal of Physics | volumeالمجلد = 41 | issueالعدد = 5 | pageصفحة = 713| yearسنة = 1973 | pmid = | pmc = |bibcode = 1973AmJPh..41..713D }}</ref><ref name=Krey>{{citeمرجع bookكتاب|titleعنوان=Basic Theoretical Physics: A Concise Overview|last1الأخير1=Krey|last2الأخير2=Owen|pageصفحة=155|urlمسار=https://books.google.com/books?id=xZ_QelBmkxYC&pg=PA155}}</ref>
 
نقطة البداية هي التدفق المتغير مع الوقت في خلال مساحة تخيلية متحركة في الفضاء {{math|Σ}}:
سطر 87:
== التطبيقات ==
قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي هو الأساس لعمل للعديد من التطبيقات مثل:
* '''المحول''': وهو جهاز في الهندسة الكهربائية، مؤلف من ملفين من الأسلاك المنفصلة الملفوفة حول قضبان حديدية فقط بمسافة بسيطة، يسمى الطرف المرتبط بالمولد الكهربي بالملف الابتدائي بينما يطلق على الطرف المرتبط بالحمل مسمى الثانوي، ويستخدم المحول لتغيير قيمة [[جهد كهربائي|الجهد الكهربي]] في نظام نقل الطاقة الكهربائية الذي يعمل على [[تيار متردد|التيار المتردد]] حيث لا يمكن أن يعمل المحول في أنظمة [[تيار مستمر|التيار المستمر]].<ref>[https://�.google.�/books?id=JzBAAAAAYAAJ&pg=PA285 Poyser, Arthur William (1892), ''Magnetism and electricity: A manual for students in advanced classes'']. London and New York; Longmans, Green, & Co., p. 285, fig. 248. Retrieved 2009-08-06. {{Webarchive|url=httphttps://web.archive.org/web/20170202082928/https://books.google.com/books?id=JzBAAAAAYAAJ&pg=PA285 |date=02 فبراير 2017}}</ref><ref name="HenryNAS">{{مرجع ويب |المسارمسار=http://www.nas.edu/history/members/henry.html |العنوانعنوان=Joseph Henry |تاريخ الوصول=November 30, 2006 |العملعمل=Distinguished Members Gallery, National Academy of Sciences| مسار الأرشيفأرشيف = httphttps://web.archive.org/web/20121128102257/http://www.nas.edu:80/history/members/henry.html | تاريخ الأرشيفأرشيف = 28 نوفمبر 2012 }}</ref>
 
* '''المحث''': وهو أحد الادوات الإلكترونية أو الدارات التي من شأنها زيادة تدفق سيل التيار في دائرة الموصل. وهو يستخدم لتقليل [[تيار كهربائي|التيار الكهربائي]] نوعا ما بحيث يتناسب التيار الذي يدخل الجهاز مع معدل صرفه.<ref>{{citeمرجع bookكتاب|last1الأخير1=Alexander|first1الأول1=Charles|last2الأخير2=Sadiku|first2الأول2=Matthew|titleعنوان=Fundamentals of Electric Circuits|publisherناشر=McGraw-Hill|pageصفحة=211|editionإصدار=3}}</ref>
 
* '''المولد الكهربائي''': هو جهاز ميكانيكي يحول [[طاقة حركية|الطاقة الحركية]] إلى [[طاقة كهربائية]] بوجود [[حقل مغناطيسي|مجال مغناطيسي]].<ref>Also called ''electric generator'', ''electrical generator'', and ''electromagnetic generator''.</ref>
 
* '''المحرك الكهربائي''': هو آلة تحوِّل [[طاقة كهربائية|الطاقة الكهربائية]] إلى [[طاقة حركية|طاقة حركة]] دورانية لإنجاز [[شغل (توضيح)|شغل]]. وتُستَخدم المحركات الكهربائية لتشْغيل عدة آلات كهربائية ومعدات ميكانيكية مثل غسالات الملابس وأجهزة التكييف والمكانس الكهربائية ومجفِّفات الشعر وآلات الخياطة والمثاقب الكهربائية والمناشير. وتشغل أنواعٍ شتى من المحركات في القطارات والمترو وحافلات النقل العام الكهربائية (تروليباص) ، كما تدير آلات المصانع والروبوتات.<ref name="Gordon">Tom McInally, The Sixth Scottish University. The Scots Colleges Abroad: 1575 to 1799 (Brill, Leiden, 2012) p. 115</ref><ref>OLEG D. JEFIMENKO, Electrostatic Motors, Their History, Types, and Principles of Operation, Electret Scientific Company - 1973, page 22-45</ref>
 
== انظر أيضا ==