ماذا تعني الحث الكهربائي؟

ما هو الاستدلال؟

يحدث الاستدلال عندما يتم استغلال تغيير في تدفق التيار لمنع إشارات ذات مكونات ترددية عالية من المرور بينما يُسمح بإشارات ذات مكونات ترددية منخفضة بالمرور. لهذا السبب، يُشار أحيانًا إلى المكثفات باسم "المقاهض" لأنها تمنع بشكل فعال الترددات العالية. أحد التطبيقات الشائعة للمقاهم هو في دائرة التحيز لمكبر الراديو حيث يحتاج جامع الترانزيستور إلى توفير جهد مستمر دون السماح لإشارة التردد الإذاعي بالمرور مرة أخرى إلى مصدر الجهد المستمر.

تخيل سلكًا طوله مليون ميل (حوالي 1,600,000 كيلومتر). تخيل أننا نجعل هذا السلك حلقة كبيرة، ثم نربط نهاياته بمصادر بطارية كما هو موضح في الشكل 1. مما يؤدي إلى تدفق التيار عبر السلك.

إذا استخدمنا سلكًا قصيرًا لهذا التجربة، سيبدأ التيار في التدفق على الفور وسيصل إلى مستوى محدد فقط بواسطة مقاومة السلك ومقاومة البطارية. ولكن بسبب وجود سلك طويل جدًا، يتطلب الإلكترونات بعض الوقت للعمل من الطرف السلبي للبطارية، حول الحلقة، وإلى الطرف الموجب. لذلك، سيستغرق الأمر بعض الوقت حتى يصل التيار إلى مستوى أقصاه.

سيبدأ المجال المغناطيسي الذي ينتج عن الحلقة صغيرًا، خلال الدقائق القليلة الأولى عندما يتدفق التيار في جزء فقط من الحلقة. سيزداد المجال مع مرور الإلكترونات حول الحلقة. بمجرد وصول الإلكترونات إلى الطرف الموجب للبطارية بحيث يتدفق تيار ثابت حول الحلقة بأكملها، سيصل كمية المجال المغناطيسي إلى أقصاه ويستقر، كما هو موضح في الشكل 2. في ذلك الوقت، سيكون لدينا كمية معينة من الطاقة مخزنة في المجال المغناطيسي. ستعتمد كمية الطاقة المخزنة على الاستدلال للحلقة، والذي يعتمد بدوره على حجمه الكلي. نرمز إلى الاستدلال كخاصية أو كمتغير رياضي بكتابة حرف L كبير مائل. تعتبر حلقتنا مكثفًا. لاختصار كلمة "مكثف"، نكتب حرف L كبير غير مائل.

الشكل 1. يمكننا استخدام حلقة ضخمة وخيالية من السلك لتوضيح مبدأ الاستدلال

بالطبع، لا يمكننا صنع حلقة سلك قطرها يقارب مليون ميل. ولكن يمكننا لف أطوال طويلة نسبيًا من السلك في ملفات مدمجة. عند القيام بذلك، يزداد التدفق المغناطيسي لطول معين من السلك مقارنة بالتدفق المغناطيسي الذي ينتجه حلقة واحدة، مما يزيد من الاستدلال. إذا وضعنا قضيبًا مغناطيسيًا يُسمى النواة داخل ملف سلك، يمكننا زيادة كثافة التدفق ورفع الاستدلال أكثر.

يمكننا الحصول على قيم لـ L أكبر بكثير مع النواة المغناطيسية مما يمكننا الحصول عليه مع ملف مماثل له نواة هواء أو بلاستيك صلب أو خشب جاف صلب. (للبلاستيك والخشب الجاف قيم النفاذية تختلف قليلاً عن الهواء أو الفراغ؛ يستخدم المهندسون أحيانًا هذه المواد كنوى أو "أشكال" للملفات لتعزيز الصلابة الهيكلية لللفائف دون تغيير الاستدلال بشكل كبير.) يعتمد التيار الذي يمكن أن يتعامل معه المكثف على قطر السلك. ولكن قيمة L تعتمد أيضًا على عدد اللفات في الملف، قطر الملف، والشكل العام للملف.

إذا حافظنا على جميع العوامل الأخرى ثابتة، فإن الاستدلال للملف اللولبي يزداد بشكل مباشر يتناسب مع عدد لفات السلك. كما يزداد الاستدلال بشكل مباشر يتناسب مع قطر الملف. إذا "مدّدنا" ملفًا معينًا عدد لفاته وقطره مع الحفاظ على جميع المعلمات الأخرى ثابتة، فسيقل الاستدلال. بالعكس، إذا "ضغطنا" ملفًا ممدودًا مع الحفاظ على جميع العوامل الأخرى ثابتة، فسيزداد الاستدلال.

في ظروف طبيعية، يبقى الاستدلال للملف (أو أي نوع آخر من الأجهزة المصممة للعمل كمكثف) ثابتًا بغض النظر عن قوة الإشارة التي نطبقها. في هذا السياق، تشير "الظروف غير الطبيعية" إلى إشارة مطبقة قوية جدًا بحيث يذوب سلك المكثف، أو تسخن المادة الأساسية بشكل زائد. تتطلب الحس الهندسي الجيد أن لا تنشأ مثل هذه الظروف في نظام كهربائي أو إلكتروني جيد التصميم.

الشكل 2. التدفق المغناطيسي النسبي داخل وحول حلقة ضخمة من السلك متصلة بمصدر تيار، كدالة للوقت.

بيان: احترام الأصلي، المقالات الجيدة مستحقة المشاركة، إذا كان هناك انتهاك حقوق الملكية يرجى التواصل للحذف.