حاسبة قانون فاراداي

قانون فاراداي هو مفهوم أساسي في الكهرومغناطيسية، يشرح كيف يؤدي تغير التدفق المغناطيسي عبر حلقة إلى توليد قوة دافعة كهربائية (EMF) عبر تلك الحلقة. وهو مبدأ رئيسي في فهم كيفية عمل المولدات الكهربائية، والمحولات، وغيرها من الأجهزة الكهرومغناطيسية.

الخلفية التاريخية

اكتشف مايكل فاراداي، في أوائل القرن التاسع عشر، أن البيئة المغناطيسية المتغيرة داخل حلقة مغلقة تحث تيارًا كهربائيًا. وقد أدت هذه الملاحظة إلى صياغة قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، الذي شكل بشكل أساسي تطور الهندسة الكهربائية والتكنولوجيا.

صيغة الحساب

يُعبّر عن قانون فاراداي رياضيًا على النحو التالي:

\[ e = - N \times \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} \]

حيث:

• \(e\) هي الجهد المُستحث (EMF) بالفولت،
• \(N\) هو عدد اللفات،
• \(\Delta \Phi\) هو تغير التدفق المغناطيسي بوحدة ويبر،
• \(\Delta t\) هو تغير الزمن بالثواني.

تشير الإشارة السالبة إلى قانون لينز، مما يشير إلى أن EMF المُستحث سيولّد تيارًا يكون مجاله المغناطيسي معاكسًا للتغيير الذي أنتجَه.

مثال على الحساب

نفترض ملفًا به 10 لفات يمر بتغير في التدفق المغناطيسي بمقدار 5 ويبر على مدى 2 ثانية. يُحَسَب الجهد المُستحث كما يلي:

\[ e = - 10 \times \frac{5}{2} = -25 \text{ V} \]

هذه النتيجة تعني أن EMF بقيمة 25 فولت مُستحث في الاتجاه المعاكس لتغير التدفق.

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعد قانون فاراداي أمرًا بالغ الأهمية في تصميم وتشغيل المحركات الكهربائية، والمولدات، والمحاثات، والمحولات، والأجهزة الأخرى التي تعتمد على المبادئ الكهرومغناطيسية. فهو يُمكّن من التحويل بين الطاقة الميكانيكية والكهربائية، ويلعب دورًا محوريًا في وظائف الشبكات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية الحديثة.

الأسئلة الشائعة

1. ماذا تعني EMF؟

   • EMF تعني القوة الدافعة الكهربائية، وهي جهد مُستحث بواسطة حقول مغناطيسية متغيرة.

2. كيف يرتبط قانون فاراداي بالمحولات؟

   • يشرح قانون فاراداي كيف تُغيّر المحولات مستويات الجهد عن طريق تغيير عدد لفات الملفات في اللفات الأولية والثانوية، مما يسمح بنقل الطاقة بكفاءة على مسافات طويلة.

3. هل يمكن استخدام قانون فاراداي لتوليد الكهرباء؟

   • نعم، تستخدم المولدات قانون فاراداي لتحويل الطاقة الميكانيكية من الحركة إلى طاقة كهربائية عن طريق تدوير ملف داخل مجال مغناطيسي.