الحث الفورمولا والوحدات ، الحث الذاتي

ال الحث هي خاصية الدوائر الكهربائية التي يتم من خلالها إنتاج القوة الدافعة الكهربائية ، بسبب مرور التيار الكهربائي وتباين المجال المغناطيسي المرتبط. يمكن لهذه القوة الدافعة الكهربائية توليد ظاهرتين مختلفتين تمامًا عن بعضهما البعض.

الأول هو الحث الذاتي في الملف ، والثاني يتوافق مع الحث المتبادل ، إذا كان الملفان أو أكثر مقرونا. تستند هذه الظاهرة إلى قانون فاراداي ، المعروف أيضًا باسم قانون الحث الكهرومغناطيسي ، والذي يشير إلى أنه من الممكن توليد حقل كهربائي من مجال مغناطيسي متغير.

في عام 1886 ، أعطى الفيزيائي والرياضيات والمهندس الكهربائي وخبير الأشعة الراديوية أوليفر هيفيسيد المؤشرات الأولى حول الاستقراء الذاتي. ثم ، قدم الفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري أيضًا مساهمات مهمة في الحث الكهرومغناطيسي. لهذا السبب فإن وحدة قياس الحث تأخذ اسمها.

وبالمثل ، افترض الفيزيائي الألماني هاينريش لينز قانون لينز ، حيث تم تحديد اتجاه القوة الدافعة الكهربائية المستحثة. وفقا لينز ، فإن هذه القوة الناتجة عن اختلاف الجهد المطبق على الموصل تذهب في الاتجاه المعاكس لاتجاه التيار الذي يتدفق عبره..

الحث هو جزء من مقاومة الدائرة. وهذا يعني أن وجوده ينطوي على بعض المقاومة لتداول التيار.

مؤشر

• 1 الصيغ الرياضية
  • 1.1 الصيغة من شدة التيار
  • 1.2 الصيغة التي يسببها الإجهاد
  • 1.3 الصيغة حسب خصائص المحث
• 2 وحدة القياس
• 3 الحث الذاتي
  • 3.1 الجوانب ذات الصلة
• 4 الحث المتبادل
  • 4.1 الحث المتبادل بواسطة FEM
  • 4.2 الحث المتبادل بواسطة التدفق المغناطيسي
  • 4.3 المساواة في الحث المتبادل
• 5 تطبيقات
• 6 المراجع

الصيغ الرياضية

عادة ما يتم تمثيل الحث بالحرف "L" ، تكريما لإسهامات الفيزيائي هاينريش لينز في هذا الموضوع. 

يتضمن النمذجة الرياضية للظاهرة الفيزيائية متغيرات كهربائية مثل التدفق المغناطيسي ، والفرق المحتمل والتيار الكهربائي لدائرة الدراسة..

صيغة من شدة التيار

رياضيا ، يتم تعريف صيغة الحث المغنطيسي على أنها الحاصل بين التدفق المغناطيسي في العنصر (الدائرة ، الملف الكهربائي ، الملف ، إلخ) ، والتيار الكهربائي الذي يتدفق عبر العنصر.

في هذه الصيغة:

L: الحث [H].

Φ: التدفق المغناطيسي [Wb].

I: شدة التيار [A].

N: عدد لفائف الملف [بدون وحدة].

التدفق المغناطيسي المذكور في هذه الصيغة هو التدفق الناتج فقط بسبب دوران التيار الكهربائي.

لكي يكون هذا التعبير ساري المفعول ، لا يجب مراعاة التدفقات الكهرومغناطيسية الأخرى الناتجة عن عوامل خارجية مثل المغناطيس أو الموجات الكهرومغناطيسية خارج دائرة الدراسة..

قيمة الحث تتناسب عكسيا مع شدة التيار. هذا يعني أنه كلما زاد الحث ، انخفض تداول التيار عبر الدائرة ، والعكس صحيح.

من ناحية أخرى ، فإن حجم الحث يتناسب طرديا مع عدد المنعطفات (أو المنعطفات) التي تشكل الملف. لمزيد من دوامة الحث لديه ، وزيادة قيمة الحث.

تختلف هذه الخاصية أيضًا اعتمادًا على الخواص الفيزيائية للسلك الذي يشكل الملف ، وكذلك طوله.

صيغة للضغط المستحث

يعد التدفق المغناطيسي المرتبط بالملف أو الموصل من الصعب تغييره. ومع ذلك ، فمن الممكن الحصول على فرق الجهد الكهربائي الناتج عن اختلافات التدفق المذكور.

هذا المتغير الأخير ليس أكثر من الجهد الكهربائي ، وهو متغير قابل للقياس من خلال الأدوات التقليدية مثل الفولتميتر أو المتر. وبالتالي ، فإن التعبير الرياضي الذي يعرّف الجهد عند أطراف المحث هو كما يلي:

في هذا التعبير:

V_L: الفرق المحتمل في المحث [V].

L: الحث [H].

ΔI: الفرق الحالي [I].

Δt: فارق التوقيت.

إذا كان ملف واحد ، ثم الخامس_L هو الجهد المستحث ذاتيا للمحث. سيعتمد قطبية هذا الجهد على ما إذا كان حجم التيار يزيد (علامة إيجابية) أو يتناقص (علامة سلبية) عند السفر من عمود إلى آخر.

أخيرًا ، من خلال مسح محو التعبير الرياضي السابق ، لدينا ما يلي:

يمكن الحصول على حجم الحث عن طريق قسمة قيمة الجهد المستحث ذاتيا بين الفارق الحالي فيما يتعلق بالوقت.

الصيغة حسب خصائص المحث

تلعب مواد التصنيع وهندسة المحث دورًا أساسيًا في قيمة الحث. أي أنه بالإضافة إلى شدة التيار ، هناك عوامل أخرى تؤثر عليه.

الصيغة التي تصف قيمة الحث على أساس الخصائص الفيزيائية للنظام هي كما يلي:

في هذه الصيغة:

L: الحث [H].

N: عدد لفات الملف [بدون وحدة].

μ: النفاذية المغناطيسية للمادة [Wb / A · m].

S: مساحة المقطع العرضي للنواة [م²].

l: طول خطوط التدفق [م].

يتناسب حجم الحث بشكل مباشر مع مربع عدد المنعطفات ، ومنطقة المقطع العرضي للملف ونفاذية المواد المغناطيسية.

من ناحيتها ، النفاذية المغناطيسية هي الخاصية التي تحتوي على المواد اللازمة لجذب الحقول المغناطيسية واجتيازها. كل المواد لديها نفاذية مغناطيسية مختلفة.

بدوره ، فإن الحث يتناسب عكسيا مع طول الملف. إذا كان المحث طويلًا جدًا ، ستكون قيمة الحث أقل.

وحدة القياس

في النظام الدولي (SI) وحدة الحث هي هنري ، تكريما للفيزيائي الأمريكي جوزيف هنري.

وفقًا لصيغة تحديد الحث كدالة للتدفق المغناطيسي وشدة التيار ، يتعين علينا:

من ناحية أخرى ، إذا حددنا وحدات القياس التي تتكون من هنري بناءً على صيغة الحث كدالة للجهد المستحث ، فلدينا:

تجدر الإشارة إلى أنه من حيث وحدة القياس ، فإن كلا التعبيرين متكافئين تمامًا. عادة ما يتم التعبير عن الأحجام الأكثر شيوعًا للحث بالمللي (mH) والميكراني (μH).

الحث الذاتي

الاستقراء الذاتي هو ظاهرة تنشأ عندما يدور التيار الكهربائي عبر ملف وهذا يؤدي إلى وجود قوة دافعة كهربائية داخلية في النظام..

وتسمى هذه القوة الدافعة الكهربائية الجهد أو الجهد المستحث ، وتنشأ نتيجة لوجود تدفق مغناطيسي متغير.

تتناسب القوة الدافعة الكهربائية مع سرعة تباين التيار المتدفق عبر الملف. بدوره ، هذا الفرق في الجهد الجديد يدفع دوران التيار الكهربائي الجديد الذي يسير في الاتجاه المعاكس للتيار الرئيسي للدائرة.

يحدث الحث الذاتي نتيجة للتأثير الذي تمارسه الجمعية على نفسها ، بسبب وجود حقول مغناطيسية متغيرة.

وحدة قياس الحث الذاتي هي أيضا هنري [H] ، وعادة ما يتم تمثيلها في الأدب بالحرف L.

الجوانب ذات الصلة

من المهم أن نفرق بين مكان حدوث كل ظاهرة: يحدث التغير الزمني للتدفق المغناطيسي في سطح مفتوح ؛ وهذا هو ، حول لفائف الفائدة.

في المقابل ، فإن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في النظام هي الفرق المحتمل الموجود في الحلقة المغلقة التي تحدد السطح المفتوح للدائرة.

بدوره ، فإن التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر كل لف لف يتناسب طرديا مع شدة التيار الذي يسببه.

عامل التناسب بين التدفق المغناطيسي وشدة التيار ، هو ما يعرف بمعامل الاستقراء الذاتي ، أو ما هو نفسه ، الحث الذاتي للدائرة.

بالنظر إلى التناسب بين كلا العاملين ، إذا تفاوتت شدة التيار كدالة للوقت ، فسيكون للتدفق المغناطيسي سلوك مماثل.

وبالتالي ، فإن الدائرة تقدم تغييرا في أشكالها الحالية للتيار ، وسوف يزداد هذا الاختلاف لأن شدة التيار تختلف اختلافا كبيرا.

يمكن فهم الموصلية الذاتية كنوع من القصور الذاتي الكهرومغناطيسي ، وستتوقف قيمته على هندسة النظام ، شريطة تلبية التناسب بين التدفق المغناطيسي وشدة التيار.

الحث المتبادل

يأتي الحث المتبادل من تحريض القوة الدافعة الكهربائية في ملف (ملف رقم 2) ، بسبب دوران تيار كهربائي في ملف قريب (ملف رقم 1).

لذلك ، يتم تعريف الحث المتبادل على أنه عامل النسبة بين القوة الدافعة الكهربائية المولدة في الملف رقم 2 والاختلاف الحالي في الملف رقم 1.

وحدة قياس الحث المتبادل هي هنري [H] ويتم تمثيلها في الأدب بالحرف M. وهكذا ، فإن الحث المتبادل هو الذي يحدث بين ملفين مقرنين معًا ، حيث أن التيار يتدفق عبر من لفائف واحدة تنتج الجهد في محطات الطرف الآخر.

تستند ظاهرة تحريض القوة الدافعة الكهربائية في الملف المزدوج إلى قانون فاراداي.

وفقًا لهذا القانون ، فإن الجهد الناتج في نظام يتناسب مع سرعة التغير في التدفق المغناطيسي في الوقت المناسب.

من جانبها ، يتم إعطاء قطبية القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بموجب قانون لينز ، والتي بموجبها ستعارض القوة الدافعة الكهربائية تداول التيار الذي ينتجها..

الحث المتبادل بواسطة FEM

تُعطى القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الملف N ° 2 بالتعبير الرياضي التالي:

في هذا التعبير:

EMF: القوة الدافعة الكهربائية [V].

M₁₂: الحث المتبادل بين الملف رقم 1 والملف رقم 2 [H].

ΔI₁: التباين الحالي في الملف رقم 1 [A].

Δt: التباين الزمني.

وبالتالي ، عن طريق مسح الحث المتبادل للتعبير الرياضي السابق ، النتائج التالية:

الأكثر شيوعا تطبيق الحث المتبادل هو المحولات.

الحث المتبادل بواسطة التدفق المغناطيسي

من ناحية أخرى ، من الممكن أيضًا استنتاج الحث المتبادل عند الحصول على الحد الفاصل بين التدفق المغناطيسي بين الملفين وكثافة التيار المتدفق عبر الملف الأساسي.

في تعبير قال:

M₁₂: الحث المتبادل بين الملف رقم 1 والملف رقم 2 [H].

Φ₁₂: التدفق المغناطيسي بين الملفات N ° 1 و N ° 2 [Wb].

أنا₁: شدة التيار الكهربائي من خلال الملف رقم 1 [A].

عند تقييم التدفقات المغناطيسية لكل ملف ، كل منها يتناسب مع الحث المتبادل والخصائص الحالية لهذا الملف. ثم ، يتم إعطاء التدفق المغناطيسي المرتبط بالملف N ° 1 بالمعادلة التالية:

على نحو مماثل ، سيتم الحصول على التدفق المغناطيسي المتأصل في الملف الثاني من الصيغة أدناه:

المساواة في الحث المتبادل

ستعتمد قيمة الحث المتبادل أيضًا على هندسة الملفات المزدوجة ، نظرًا للعلاقة التناسبية مع المجال المغنطيسي الذي يعبر المقاطع العرضية للعناصر المرتبطة.

إذا بقيت هندسة الوصلة ثابتة ، فإن الحث المتبادل سيبقى كما هو دون تغيير. وبالتالي ، فإن اختلاف التدفق الكهرومغناطيسي يعتمد فقط على شدة التيار.

وفقًا لمبدأ المعاملة بالمثل للوسائط ذات الخواص الفيزيائية الثابتة ، تكون الحث المتبادل متطابقة مع بعضها البعض ، كما هو مفصل في المعادلة التالية:

أي أن الحث للملف رقم 1 بالنسبة للملف رقم 2 يساوي الحث للملف رقم 2 بالنسبة للملف رقم 1.

تطبيقات

الحث المغنطيسي هو المبدأ الأساسي لعمل المحولات الكهربائية ، التي تسمح برفع وخفض مستويات الجهد الكهربائي بقوة ثابتة.

يحول دوران التيار عبر اللف الأولي للمحول قوة دافعة كهربائية في اللف الثانوي مما يؤدي بدوره إلى دوران تيار كهربائي.

يتم إعطاء نسبة التحويل للجهاز من خلال عدد لفات كل لف ، والتي من الممكن تحديد الجهد الثانوي للمحول.

يظل منتج الجهد والتيار الكهربائي (أي الطاقة) ثابتًا ، باستثناء بعض الخسائر الفنية بسبب عدم الكفاءة الفعلية للعملية.

مراجع

1. ، الحث الذاتي. الدوائر RL (2015): تم الاسترجاع من: tutorialesinternet.files.wordpress.com
2. Chacón، F. Electrotecnia: أساسيات الهندسة الكهربائية. جامعة كوميلاس البابوية ICAI-ICADE. 2003.
3. تعريف الحث (s.f.). تم الاسترجاع من: definicionabc.com
4. محاثة (s.f.). هافانا ، كوبا تم الاسترجاع من: ecured.cu
5. الحث المتبادل (s.f.). المضمون. هافانا ، كوبا تم الاسترجاع من: ecured.cu
6. المحاثات والمحاثات (s.f.). تم الاسترجاع من: physicapractica.com
7. أولمو ، م. اقتران الحث. تم الاسترجاع من: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
8. ما هو الحث؟ (2017). تعافى من: sectorelectricidad.com
9. ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة (2018). الحث الذاتي. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
10. ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة (2018). الحث. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org