قوانین القای الکترومغناطیسی فارادی: قانون اول و دوم

قانون فارادی چیست

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 تعامل دارد تا یک نیروی الکتروموتوری (EMF) ایجاد کند. این پدیده را القای الکترومغناطیسی می‌نامند.

قانون فارادی بیان می‌کند که جریانی در هادی القایی خواهد شد که به یک میدان مغناطیسی متغیر مواجه 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 ایجاد کرده است. جهت این جریان را می‌توان با استفاده از قاعده دست راست فلمنگ تعیین کرد.

قانون القای فارادی اصل کار ترانسفورماتورها، موتورها، ژنراتورها و الکترودها 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 طول آزمایش فارادی، او کشف کرد که چگونه EMF در یک سیم پیچ القا می‌شود وقتی فلاکس عبوری از سیم پیچ تغییر می‌کند.

آزمایش فارادی

در این آزمایش، فارادی یک مغناطیس و یک سیم پیچ را می‌گیرد و یک گالوانومتر را به سیم پیچ متصل می‌کند. در ابتدا، مغناطیس در حالت سکون 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 می‌یابد.

وقتی مغناطیس در آن موقعیت ثابت می‌ماند، سوزن گالوانومتر به موقعیت صفر بر می‌گردد. حالا وقتی مغناطیس از سیم پیچ دور می‌شود، سوزن گالوانومتر در جهت مخالف انحراف می‌یابد و وقتی مغناطیس در آن موقعیت نسبت به سیم پیچ ثابت می‌ماند، سوزن گالوانومتر دوباره به موقعیت صفر بر می‌گردد. به همین ترتیب، اگر مغناطیس ثابت بماند و سیم پیچ از آن دور شود یا به آن نزدیک شود، گالوانومتر به همان ترتیب انحراف نشان می‌دهد. مشاهده شده است که هرچه تغییر در میدان مغناطیسی سریع‌تر باشد، القای EMF یا ولتاژ در سیم پیچ بیشتر خواهد بود.

نتیجه: از این آزمایش، فارادی نتیجه گرفت که هر زمان که حرکت نسبی بین یک هادی و یک میدان مغناطیسی وجود داشته باشد، پیوند فلاکس با یک سیم پیچ تغییر می‌کند و این تغییر در فلاکس یک ولتاژ 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 موجب القای یک EMF در سیم پیچ خواهد شد. این EMF القایی به EMF القایی معروف است و اگر مدار هادی بسته باشد، جریان نیز از طریق مدار گردش خواهد کرد و این جریان به جریان القایی معروف است.
روش‌های تغییر میدان مغناطیسی:

1. با حرکت دادن مغناطیس به سمت یا دور از سیم پیچ

2. با حرکت دادن سیم پیچ به داخل یا خارج از میدان مغناطیسی

3. با تغییر مساحت یک سیم پیچ که در میدان مغناطیسی قرار دارد

4. با چرخاندن سیم پیچ نسبت به مغناطیس

قانون دوم فارادی