☰ خطة العام · الفيزياء (بالعربية)

الحث الذاتي والتيارات الدوامية ومولد التيار المتردد

الأسبوع 9 · الفصل الثالث (٢): الحث الذاتي ومعامل الحث الذاتي والهنري والتيارات الدوامية، والقوة الدافعة المستحثة في سلك متحرك، ومكونات الدينامو (مولد التيار المتردد) وقوته الدافعة · 3 دروس
1

الحث الذاتي ومعامل الحث الذاتي

Physics Sec 3 Term 1, Chapter 3: pp. 67–72
الهدفأشرح لماذا يعاكس الملف تغير تياره هو وأحسب emf = −L ΔI ÷ Δt.
كلمات جديدة
الحث الذاتي · تولّد قوة دافعة في ملف بسبب تغير التيار في الملف نفسهمعامل الحث الذاتي (L) · القوة الدافعة الذاتية لكل وحدة من معدل تغير التيار: L = |emf| ÷ (ΔI ÷ Δt)القوة الدافعة المستحثة ذاتيًا · القوة الدافعة التي تظهر في الملف نفسه وتعاكس تغير تياره
الشرح

يولّد التيار في الملف فيضًا مغناطيسيًا يخترق الملف نفسه. فإذا تغير التيار تغير هذا الفيض، وبحسب قانون فاراداي تتولد قوة دافعة في الملف نفسه. وبحسب قاعدة لنز فهي تعاكس التغير. عند وصل التيار تعاكس القوة الدافعة الذاتية الزيادة، فيرتفع التيار تدريجيًا بدلًا من أن يقفز إلى قيمته النهائية. وعند قطع التيار يولّد الفيض المنهار قوة دافعة تعاكس النقصان: فهي تحاول إبقاء التيار في اتجاهه القديم، وقد تكون أكبر كثيرًا من القوة الدافعة للبطارية لأن النقصان سريع جدًا. ومقدارها emf = −L ΔI ÷ Δt حيث الاتجاه الموجب هو اتجاه التيار. أما العرض المعروف بمغناطيس كهربي كبير وشرارة عند المفتاح ومصباح نيون فلا يجوز تجربته أبدًا: تكفينا الفكرة، والشرارات والجهود العالية ليست للمنزل أو لمسائل الورق.

t (s)I (A)0.511.522.530.511.522.50عند التوصيل
أمثلة محلولة
L = 0.6 H ويزداد التيار من 0 إلى 2.0 A في 0.040 s (الاتجاه الموجب هو اتجاه التيار). emf = −L ΔI ÷ Δt = −0.6 × 2.0 ÷ 0.040 = −30 V. مقدارها 30 V وتعاكس الزيادة.
L = 0.30 H ويقل التيار من 5.0 A إلى 1.0 A في 0.020 s (الاتجاه الموجب هو اتجاه التيار القديم). ΔI = −4.0 A، إذن emf = −0.30 × (−4.0) ÷ 0.020 = +60 V. الإشارة موجبة: تدفع القوة الدافعة التيار في الاتجاه نفسه كما كان محاولةً إبقاءه.
يظهر في ملف قوة دافعة ذاتية مقدارها 27 V بينما يتغير تياره بمقدار 1.8 A في 0.05 s. L = |emf| × Δt ÷ |ΔI| = 27 × 0.05 ÷ 1.8 = 0.75 H.
نشاط الفصل

تدريب على الورق دون مفتاح أو شرارة أو مصباح. ارسم منحنيين للتيار مع الزمن لملف موصل بخلية: أحدهما عند الوصل (ارتفاع تدريجي) والآخر عند القطع (نقصان في زمن قصير). واكتب على كل منهما اتجاه القوة الدافعة الذاتية: عكس التيار أم في اتجاهه؟

تدرّب
1
ملف L = 0.8 H يزداد تياره من 0 إلى 2.5 A في 0.10 s. أوجد مقدار القوة الدافعة الذاتية.
2
ملف L = 1.5 H يقل تياره من 4.0 A إلى 0 في 0.25 s. أوجد مقدار القوة الدافعة الذاتية وقل هل تعمل في اتجاه التيار القديم أم عكسه.
3
ملف L = 0.4 H فيه قوة دافعة ذاتية مقدارها 12 V. بأي معدل يتغير تياره؟
4
مصباح موصل على التوالي مع ملف كبير L وخلية. لماذا يضيء المصباح ببطء عند غلق الدائرة؟