تطبيقات على قانون لينز

تطبيقات على قانون لينز

الميزان الحسّاس

يعد الميزان الحسّاس من الأجهزة التي تستخدم كتطبيق عملي على قانون لينز خصوصًا في مختبرات الكيمياء، ويتمحور عمل هذا الميزان على إيقاف اهتزازه عند وضع جسم على كفته.[١]

ويحتوي هذا الميزان على قطعة معدنية موصولة بذراع التوازن وموضوعة بين قطبي مغناطيس من نوع حذوة الحصان، وتتحرك القطعة المعدنية داخل المجال المغناطيسي نتيجة لتأرجح ذراع الميزان، لينشأ عندها تيارات تولد مجالًا مغناطيسيًا في اتجاه معاكس لاتجاه التيار المسبب له، مما يؤدي إلى إبطاء القطعة الفلزية وثبات قراءة الميزان.[١]

جهاز الكشف عن المعادن

يتكون جهاز الكشف عن المعادن من عدة ملفات أو ما يُسمى بالمحث (بالإنجليزية: Inductor)، التي تتفاعل مع المعادن في الأرض، ويعتمد عمل الجهاز على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي.[٢]

فبعد تمرير تيار في الملف لإنتاج مجال مغناطيسي حثي، وبعد تحرك المجال المغناطيسي للمعدن على الأرض، فإن حقله المغناطيسي يُنتج تيارًا كهربائيًا في المعدن ليقوم عندها التيار الكهربائي الخاص بالمعدن بتوليد مجال مغناطيسي معاكس للتيار القادم من الملف، ليُعطي بذلك إشارة عن وجود معدن ما في الأرض.[٢]

المحوّلات الكهربائية

تعد المحولات أجهزة كهرومغناطيسية تحول الجهد الكهربائي للقيمة المطلوبة سواء بالزيادة أو بالنقصان، وتتكون هذه الأجهزة من نواة تُمثل مغناطيسًا حديديًا، ومجموعتين من لفائف الأسلاك الأولية والثانوية.[٣]

وعند تمرير تيار متناوب على الأسلاك الأولية في المحول، سينشأ عندها مجالًا مغناطيسيًا نابضًا، وتوجه نواة المحول مسار المجال المغناطيسي بين كل من الأسلاك الأولية والثانوية لمنع فقدان الطاقة.[٣]

وعند وصول المجال المغناطيسي إلى الملف الثانوي، فستتحرك الإلكترونات الموجودة داخل السلك لينشأ تيار كهربائي بجهد مختلف، وهو ما يعرف بالحث الكهرومغناطيسي.[٣]

المحركات الكهربائية

تتشابه المحركات الكهربائية والمولدات الكهربائية فيما بينها وقد تعتبر نفس الجهاز، ففي المحرك يمر تيار في الملف لإنتاج عزم دوران للملف، أما في المولد فيجب تطبيق عزم خارجي لتحريك الملف لتوليد تيار كهربائي.[٤]

يمرر تيار كهربائي في المحرك، لينشأ مجال مغناطيسي عبر الملف، وبالتالي إنتاج عزم دوران مسؤول عن تدوير الملف، وأثناء دوران الملف داخل المجال المغناطيسي سينتج تيار مستحث، ووفقًا لقانون لينز سيكون التيار الناتج المستحث معاكس لاتجاه التيار الموضوع داخله، وهو ما يساعد على التحكم في دوران المحرك.[٤]

الملف الابتدائي

هو سلك دائري ملفوف على شكل حلقات، وليس بالضرورة أن يكون عدد لفاته مختلفة عن الأسلاك الثانوية، ويعد أحد مجموعة لفائف الأسلاك الموجودة في المحولات الكهربائية.[٣]

ووفقًا لقانون لينز؛ عندما يمر تيار كهربائي داخل الأسلاك الابتدائية أو الأولية، سينشأ مجال مغناطيسي عبر الأسلاك ليُنتج قوة دافعة كهربائية حثية تعاكس حركة التيار في الملف الثانوي.[٣]

الملف الثانوي

هو سلك دائري ملفوف على شكل حلقات، وليس بالضرورة أن يكون عدد لفاته مختلفة عن الأسلاك الابتدائية، وهو أحد الأسلاك الموجودة في المحولات الكهربائية.[٣]

ووفقًا لقانون لينز؛ يسبب مرور تيار كهربائي داخل الأسلاك الابتدائية مجال مغناطيسي عبر الأسلاك ليصل إلى الملف الثانوي، والذي سيؤدي إلى تحريك الإلكترونات داخله ليُنتج قوة دافعة كهربائية حثية تعاكس حركة التيار في الملف الابتدائي.[٣]

الحث الذاتي

تعد خاصية الحث الذاتي شكل من أشكال الحث الكهرومغناطيسي، وتنشأ عندما يتحرك تيار كهربائي متغير القيمة في سلك، مما يؤدي إلى نشوء مجال مغناطيسي متزايد أو متناقص اعتمادًا على تغير التيار ليستحث بذلك جهدًا في نفس الدارة الكهربائية.[٥]

الحث المتبادل

يعرف الحث المتبادل على أنه التناسب بين القوة الكهربائية الدافعة المتولدة في الملف الثانوي وبين التغير في التيار الخاص بالملف الابتدائي، ومن أكثر الأمثلة الشائعة عليه؛ المحولات، ويمكن ملاحظة تأثيره بين ملفين معزولين عن بعضهما البعض وملفوفين حول قطعه حديدية.[٦]

وعندما يمر تيار كهربائي متغير في الملف الأول ينتج في الملف الآخر مجال مغناطيسي مستحث متغير معاكس لاتجاه التيار الناتج من الملف الأول، وهو تطبيق لقانون لينز.[٦]

التيارات الدوامية

تنتج التيارات الدوامية على شكل حلقة في موصل بسبب قوة كهرومغناطيسية حركية،[٧] وتعد هذه التيارات حالة خاصة من قانون لينز، وتنتج من تحرك الإلكترونات باتجاه عمودي في المجال المغناطيسي المتغير.[٨]

وكون المجالات المغناطيسية الناشئة للتيارات الدوامية تتعارض مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الحلقي الساقط حول الموصل، سينتج تجاذب بين المجالين مما يؤدي إلى تحول الطاقة إلى حرارة.[٨]

يعد قانون لينز من القوانين الفيزيائية، وينص على أن تغير المجال المغناطيسي في أي موصل كهربائي ينشئ جهدًا حثيًا مما يؤدي إلى إنشاء مجال مغناطيسي معاكس لاتجاه التيار الأصلي.

وهناك العديد من التطبيقات التي يمكن تفسيرها باستخدام قانون لينز منها: المحولات الكهربائية، والمحركات الكهربائية، وأجهزة الكشف عن المعادن، والميزان الحساس، والملف الابتدائي، والملف الثانوي، والحث الذاتي، والحث المتبادل، والتيارات الدوامية.

المراجع

  1. ^ أ ب Glencoe science, Electromagnetic Induction, Page 592. Edited.
  2. ^ أ ب "How A Metal Detector Works", micro.magnet, 13/9/2016, Retrieved 12/9/2021. Edited.
  3. ^ أ ب ت ث ج ح خ Chris Woodford (23/8/2021), "Electricity transformers", explainthatstuff, Retrieved 12/9/2021. Edited.
  4. ^ أ ب "23.3: Back EMF in an electric motor", phys.libretexts, Retrieved 12/9/2021. Edited.
  5. "Self-Inductance and Inductive Reactance", nde-ed, Retrieved 12/9/2021. Edited.
  6. ^ أ ب "Mutual Inductance", hyperphysics, Retrieved 12/9/2021. Edited.
  7. "Eddy Currents and Magnetic Damping", courses.lumenlearning, Retrieved 12/9/2021. Edited.
  8. ^ أ ب "Focus on Lenz’s Law", teachersource, Retrieved 12/9/2021. Edited.
143 مشاهدة
للأعلى للأسفل