قانونهای القای الکترومغناطیسی فارادی: قانون اول و دوم
چهارداری که قانون فارادی است
قانون القای الکترومغناطیسی فارادی (که به آن قانون فارادی نیز میگویند) یک قانون اساسی در الکترومغناطیس است که پیشبینی میکند یک میدان مغناطیسی چگونه با یک مدار الکتریکی برای تولید نیروی الکتروموتوری (EMF) تعامل خواهد داشت. این پدیده را القای الکترومغناطیسی مینامند.
قانون فارادی بیان میکند که جریانی در هادی القا میشود که در معرض میدان مغناطیسی متغیر قرار گرفته است. قانون لنز القای الکترومغناطیسی بیان میکند که جهت این جریان القایی به گونهای خواهد بود که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان القایی مخالف میدان مغناطیسی اولیه که آن را تولید کرده است، باشد. جهت جریان را میتوان با استفاده از قاعده دست راست فلمینگ تعیین کرد.
قانون القای فارادی اصل عمل ترانسفورماتورها، موتورها، ژنراتورها و پیچکها را توضیح میدهد. این قانون به نام مایکل فارادی نامگذاری شده است که یک آزمایش را با یک مغناطیس و یک سیم پیچ انجام داد. در طی آزمایش فارادی، او کشف کرد که چگونه EMF در یک سیم پیچ القا میشود وقتی فلوکس عبوری از سیم پیچ تغییر میکند.
آزمایش فارادی
در این آزمایش، فارادی یک مغناطیس و یک سیم پیچ میگیرد و یک گالوانومتر را به سیم پیچ وصل میکند. در ابتدا، مغناطیس در حالت استراحت است، بنابراین هیچ انحرافی در گالوانومتر وجود ندارد یعنی سوزن گالوانومتر در مرکز یا موقعیت صفر است. وقتی مغناطیس به سمت سیم پیچ حرکت میکند، سوزن گالوانومتر در یک جهت انحراف میکند.
وقتی مغناطیس در آن موقعیت ثابت میماند، سوزن گالوانومتر به موقعیت صفر بازمیگردد. حالا وقتی مغناطیس از سیم پیچ دور میشود، سوزن گالوانومتر در جهت مخالف انحراف میکند و دوباره وقتی مغناطیس ثابت میشود، سوزن گالوانومتر به موقعیت صفر بازمیگردد. به طور مشابه، اگر مغناطیس ثابت بماند و سیم پیچ به سمت مغناطیس حرکت کند، گالوانومتر به طور مشابه انحراف میکند. مشاهده شده است که هر چه تغییرات در میدان مغناطیسی سریعتر باشد، القای EMF یا ولتاژ در سیم پیچ بیشتر خواهد بود.
موقعیت مغناطیس |
انحراف در گالوانومتر |
مغناطیس در حالت استراحت |
هیچ انحرافی در گالوانومتر |
مغناطیس به سمت سیم پیچ حرکت میکند |
انحراف در گالوانومتر در یک جهت |
مغناطیس در همان موقعیت ثابت میماند (نزدیک سیم پیچ) |
هیچ انحرافی در گالوانومتر |
مغناطیس از سیم پیچ دور میشود |
انحراف در گالوانومتر اما در جهت مخالف |
مغناطیس در همان موقعیت ثابت میماند (دور از سیم پیچ) |
هیچ انحرافی در گالوانومتر |
نتیجهگیری: از این آزمایش، فارادی نتیجه گرفت که هر زمان که حرکت نسبی بین یک هادی و یک میدان مغناطیسی وجود دارد، پیوند فلوکس با سیم پیچ تغییر میکند و این تغییر در فلوکس یک ولتاژ را در سیم پیچ القا میکند.
مایکل فارادی بر اساس آزمایشهای فوق دو قانون فرمولبندی کرد. این قوانین به نام قوانین فارادی القای الکترومغناطیسی معروف شدهاند.
قانون اول فارادی
هر تغییر در میدان مغناطیسی یک سیم پیچ منجر به القای یک EMF در سیم پیچ میشود. این EMF القایی به EMF القایی مشهور است و اگر مدار هادی بسته باشد، جریان نیز از طریق مدار جریان خواهد یافت و این جریان به جریان القایی مشهور است.
روشهای تغییر میدان مغناطیسی:
با حرکت مغناطیس به سمت یا دور از سیم پیچ
با حرکت سیم پیچ به داخل یا خارج از میدان مغناطیسی
با تغییر مساحت سیم پیچ که در میدان مغناطیسی قرار دارد
با چرخاندن سیم پیچ نسبت به مغناطیس
