الحث الذاتي |

الحث الذاتي هو تطبيق على الحث الكهرومغناطيسي و قوانين فاراداي و يحدث في ملف نتيجة لتغير التيار الكهربي بداخل نفس الملف. في المقالة يتم تعريف الحث الذاتي و معامله L و القانون الذي يصف ظاهرة الحث الذاتى في الملفات.

الحث الذاتي لملف

هو أحد أشكال الحث الكهرومغناطيسي وفيه يولد قوة دافعة كهربية مستحدثة emf داخل ملف بسبب تغير الفيض المغناطيسي الناشئ $\frac{\Delta \Phi_m}{\Delta t}$ تغير التيار الكهربي داخل هذا الملف $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ . وطالما أنه يحدث في نفس الملف فإنه يطلق عليه حثاً ذاتياَ للملف.

تجربة الحث الذاتي

الخطوات:

وصل ملف عدد لفاته كبير و به ساق من الحديد المطاوع موصل على التوالي مع بطارية (6V) ومفتاح و مصباح نيون متصل على التوازي بين طرفي الملف (للعلم يعمل مصباح النيون بجهد يصل إلى 180V).
عند غلق الدائرة لا يلاحظ شيء.
عند فتح الدائرة يلاحظ شرار كهربي بين طرفين المفتاح و توهج مصباح النيون لفترة قصيرة جدا (لحظيا).

التفسير :

أثناء الغلق

يحدث نمو للتيار و بالطبع أثناء النمو يحدث زيادة لقيمة التيار الكهربي.
زيادة في الفيض المغناطيسي الذي يقطع الملف $\frac{\Delta \Phi_m}{\Delta t} = +ve$ .
التغير في الفيض المغناطيسي والذي سوف يؤدي إلى تولد قوة دافعة كهربية مستحثة على حسب قانون فاراداي.
يتولد emf بين طرفي مصباح النيون و لكنها أقل من فرق الجهد اللازم لتشغيل المصباح.

أثناء الفتح

يحدث انهيار للتيار و بالطبع أثناء انهيار يحدث نقص لقيمة التيار.
نقص في الفيض المغناطيسي الذي يقطع الملف $\frac{\Delta \Phi_m}{\Delta t} = -ve$ .
التغير في الفيض المغناطيسي والذي سوف يؤدي إلى تولد قوة دافعة كهربية مستحثة على حسب قانون فاراداي.
تكون emf بين طرفية مصباح النيون أكبر من فرق الجهد اللازم لتشغيل المصباح لذلك يضئ.

لماذا تتوهج لمبة النيون عند فتح المفتاح و ليس عند الغلق؟

على الرغم من التغير في الفيض المغناطيسي في كلتا الحالتين حالة غلق المفتاح و حالة فتح المفتاح متساوي و نجد أن زمن نمو التيار و زمن انهياره مختلف. فنجد أن التيار الكهربي ينمو في وقت كبير بينما ينهار في زمن صغير. وفي ضوء قانون فاراداي فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة تتناسب تناسبا عكسيا مع التغير في الزمن $emf \alpha \frac{1}{\Delta t}$ . و هذا يفسر لماذا تكون القوة الدافعة الكهربية المستحثة في حالة إنهيار التيار أكبر من حالة نموه.

العلاقة بين التيار المستحث و الزمن في ملف الحث

الشكل يمثل ثلاثة أجزاء و خصائص كل مرحلة

نمو التيار حتي يثبت.
مرحلة ثبات التيار.
مرحلة انهيار التيار بعد فتح المفتاح.

الحث الذاتي لملف — الحث الذاتي قانون فاراداي التيار في ملف الحث

ويتم تقسيم القوة الدافعة الكهربية المستحثة إلى نوعين النوع الأول يحدث أثناء نمو التيار حيث يعاكس نموه ويكون عكس اتجاه البطارية ويطلق عليها القوة الدافعة الكهربية المستحثة العكسية. وهناك نوع آخر يحدث أثناء انهيار التيار ويكون في نفس اتجاه التيار ويطلق عليه في هذه الحالة القوة الدافعة الكهربية المستحثة الطردية.

قوانين الحث الذاتي

القوة الدافعة الكهربية المستحثة في الملف emf يتناسب مع المعدل الزمني للتغير في التيار الكهربي (فالتيار مصدر التغير في الفيض المغناطيسي) فإن

$emf \alpha \frac{\Delta I}{\Delta t}$ .

و بالتالي

$emf =-L \frac{\Delta I}{\Delta t}$ .

و ثابت التناسب بينهم L يكون معامل الحث الذاتي.

معامل الحث الذاتي

تعريف معامل الحث الذاتي

فهو يساوي emf المستحثة على المعدل الزمني لتغير في التيار $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ .

قانون معامل الحث الذاتي

هناك أكثر من قانون لحساب معامل الحث الذاتى على حسب المعطيات

$L =\frac{ emf \Delta t}{\Delta I}$ .

أو بدلالة مكونات مثل معامل النفاذية $\mu$ . و عدد لفات الملف N و مساحته A

$L= \frac{\mu N^2 A}{l}$ .

العوامل التي يتوقف عليها معامل الحث الذاتي

من القانون نجد أن معامل الحث يتوقف على النفاذية المغناطيسية للوسط $\mu$ . و يتوقف علي عدد لفات الملف N وكذلك مساحة الملف A وعلى طول في الملف L (أو التباعد بين لفات الملف) كما هو موضح بالعلاقة. و هذه العلاقة تخص تحديدا الملف اللولبي. فإن معامل الحث L للملف اللولبي يعتمد فقط على الشكل الهندسي للملف. فلا يعتمد الحث على تيار ملف الحث.بل على مربع عدد اللفات طرديا على سبيل المثال.

و عند مساواة قانون الحث الذاتي بقانون فاراداي

$L= \frac{N \Delta \phi_m}{\Delta I}$ .

وحدة قياس معامل الحث

وحدة قياس L هي الهنرى H و التي تكافىء وبر / أمبير. و التي هي أيضا وحدة قياس معامل الحث المتبادل.
تُلف أسلاك المقاومات القياسية (المقاومة معدومة الحث) لفا مزدوجا، لتلافي تأثير الحث فيها حيث يلغى المجال الناتج عن مرور التيار في السلك المجال الناتج عن مرور التيار في السلك الأخر.