کد

k7et6bvgiu

مقاومتها در جريان متناوب

براي فهم بهتر آزمايشي انجام ميدهيم:

 يكبار يك مقاومت خالص اهمي را در مدار جريان مستقيم 4ولت وبار ديگر در مدار جريان متناوب 4ولتي قرار ميدهيم.مشاهده ميكنيم اثر مقاومت خالص اهمي براي جريانهاي مستقيم ومتناوب يكي است. حال اين آزمايش را براي يك بوبين با 1200 دور سيم پيچي ومنبع ولتاژ 12 ولتي انجام ميدهيم: مشاهده ميكنيم بوبين در مقابل جريان مستقيم مقاومت كمي از خود نشان ميدهد.وهمين بوبين در جريان متناوب مقاومتش زيادتر ميشود واگر بوبين با هسته آهني باشد مقاومت آن خيلي بيشتر ميشود.

مقاومت واقعي

مقاومتي است كه اجسام در مقابل جريان مستقيم ازخود نشان ميدهند .مثلا در يك بوبين مقاومت واقعي مقاومتي است كه بوبين در يك جريان مستقيم از خود نشان ميدهد ودر موقع عبور جريان از بوبين در مقاومت مزبور حرارت ايجاد ميشود.

مقاومت ظاهري (امپدانس)

 در نتيجه عبور جريان متناوب از بوبين در آن يك ميدان مغناطيسي متناوب بوجود مي آيد كه باعث ايجاد يك ولتاژ سلف اندوكسيون در بوبين ميشود.جهت اين ولتاژ بنابر قانون لنز عكس ولتاژ متناوبي است كه به بوبين وصل است.بنابراين قسمت اعظم واتاژ اوليه خنثي شده ومقدار كمي از آن باقي ميماندكه باعث عبور جريان از مدار ميشود ودر نتيجه مقدار جريان مدار كم ميشود وهرچه مقدار ولتاژ سلف اندوكسيون بيشتر شود مقدار جريان مدار كمتر ميشود وچون مقدار ولتاژ سلف اندوكسيون با اندوكتيويته آن بستگي دارد لذا مقدار جريان هم با اندوكتيويته ارتباط پيدا ميكند.بهمين دليل اگر اندوكتيويته بوبين را افزايش دهيم مشاهده ميشود ظاهرا مقاومت بوبين بزرگتر شده ولي در حقيقت ولتاژ باقيمانده در مدار كم شده است .بهمين علت مقاومت بوبين رادر جريان متناوب مقاومت ظاهري ميناميم وآنرا باZ نمايش ميدهيم. Z=R+XL

يعني مقاومت ظاهري برابر است با مقاومت اهمي به اضافه مقاومت سلفي

راكتانس

 مقاومتي كه در اثر اندوكتيويته بوجود ميآيد را راكتانس ميگويند.

انواع ژنراتورها

در مورد ژنراتورها نيز مانند سيم پيچي قطبها مانند موتورها بطرق مختلف ممكن است وصل گردد.بنابراين بسته به طرز اتصال انواع ژنراتورهاي ذيل وجود دارد: 1- ژنراتور سري 2- ژنراتور موازي يا شنت 3- ژنراتور مركب يا كمپوند

تحريك خودبخود

ساختمان ژنراتور جريان مستقيم شبيه الكتروموتور جريان مستقيم است وبطور كلي هر موتور جريان مستقيمي را ميتوان بصورت ژنراتور راه اندازي كرد. در ژنراتور جريان مستقيم بايد سيم پيچي قطبهاي آن تحريك شود .در ابتدا براي تحريك قطبها از باتري استفاده ميكردند بعدها يك مهندس آلماني بنام ورنرفون زيمنس كشف كرد كه اگر در مرتبه اول يكبار ماشين را بوسيله باتري تحريك كنيم بعدها مغناطيس باقيمانده قطبها براي تحريك خودبخود ماشين كافي خواهد بود.بدين ترتيب در اثر گردش ماشين ابتدا ولتاژ كمي بوسيله مغناطيس باقيمانده قطبها بوجود ميآيد.بوسيله اين ولتاژ در سيم پيچي تحريك قطبها جرياني بوجود ميآيد وميدان مغناطيسي را قويتر ميكند ودر نتيجه مقدار ولتاژ بالاتر رفته ومجددا ميدان مغناطيسي هم قويتر شده و بنوبه خود ولتاژ را بالا ميبرد .بطوريكه ملاحظه ميشود تحريك ماشين خودبخود انجام ميشود وولتاژ به حد بالاي خود ميرسد.البته اضافه شدن ولتاژ حدي دارد زيرا هسته مغناطيسي اشباع ميشود و ولتاژ از آن حد بالاتر نميرود.

ژنراتور جريان مستقيم (DC)

جريان مستقيم ضرباندار

 اگر بخواهيم جريان متناوبي را كه در بوبين توليد ميشود به جريان مستقيم تبديل كنيم بايد موقعيكه ولتاژ بين اول وآخر بوبين به صفر ميرسد سروته مدار خارجي را عوض نماييم بنابراين بجاي حلقه سايش از كلكتور (كموتاتور) استفاده ميكنيم تا در ناحيه خنثي جهت جريان عوض شود وبدين ترتيب يك جريان مستقيم ضرباندار بدست ميآيد.اگر بخواهيم ضربان جريان كمتر شود وجريان مستقيم بدست آمده يكنواخت تر شود بايد تعداد بوبينهاي ماشين را بيشتر كنيم وهرچه تعداد بوبينهاي توليد كننده ولتاژ بيشتر شود جريان مستقيم صاف تر خواهد شد.

ژنراتورها

ژنراتورها وسايل تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي ميباشند واصول كار آنها هميشه بوبيني است كه در ميدان مغناطيسي ميچرخد. الف- ژنراتور جريان متناوب بسته باينكه قطب هاي الكترومغناطيسي ژنراتور در قسمت استاتور يعني درخارج باشد ويا در قسمت گردان يعني در داخل دو نوع ژنراتور داريم: 1- مولد با قطبهاي خارج 2- مولد با قطبهاي داخل در ماشينهاي با قطب خارج جريان متناوبي كه توليد ميشود از حلقه هاي برنجي بوسيله ذغالها گرفته ميشود كه اين حلقه ها به حلقه هاي سايش معروفند.جريان مستقيمي كه براي تحريك قطب هاي مغناطيسي لازم است در اين نوع ماشين به استاتور داده ميشود. رتور يا قسمت گردان در اين ماشينها بوسيله محرك خارجي بگردش در ميآيد. عيب بزرگ اين نوع ژنراتورها در اينست كه در حلقه هاي سايش در ولتاژهاي بالا جرقه توليد ميشود وعايق كردن آنها هم مشكلتر است وبعلاوه تمام جريان ماشين بايد از حلقه هاي سايش وذغالها بگذرد. در ماشينهاي با قطب داخلي اين معايب وجود ندارد زيرا در اينجا قطبهاي مغناطيسي ميچرخند وپيچش اصلي ژنراتور كه در آن جريان توليد ميشود در استاتور قرار دارد ودر نتيجه جريان اصلي وولتاژ كه اغلب مقدار آنهم زياد انتخاب ميشود مستقيما از روي تخته اتصال بخارج برده ميشود ودر اين ماشين جريان مستقيم تحريك قطبها بوسيله دو حلقه سايش به قطبها رسانده ميشود.

ادامه نوشته

مقدار موثر ومقدار ماكزيمم

مقدار ماكزيمم

اگر منحني جريان متناوب را ببينيم دو مقدار حداكثر در هر پريود وجود دارد يكي مثبت ويكي منفي.اين دو مقدار را مقادير ماكزيمم ميگويند.

مقدار موثر

مقداري را كه واتمتر يا آمپرمتر نشان ميدهند مقدار ماكزيمم نيست زيرا بعلت جرم قسمت سنجش دستگاه اندازه گيري عقربه آن نميتواند از تغييرات سريع جريان يا ولتاژ پيروي كند وبنابراين در بين صفر ومقدار ماكزيمم مقداري را نشان ميدهد(كمتر از مقدار ماكزيمم) وآن مقداري است كه اگر جريان مستقيمي بهمان اندازه داشته باشيم در اثر عبور از مقاومت معيني همان مقدار حرارت را ايجاد ميكند كه جريان متناوب مزبور ايجاد ميكند.مثلا يك لامپ روشنايي 220 ولتي چه با جريان مستقيم وچه باجريان متناوب روشن ميشود.قدت در جريان مستقيم بطوريكه ميدانيم P=RI2 است يعني با مجذور جريان بستگي دارد بنابراين جريان متناوبي هم كه همين قدرت را توليد نمايد بايد حد وسط مجذور مقاديرمختلف در منحني تغييرات جريان باشد كه آنرا مقدار موثر يا افكتيو مينامند.

مجذور مقدار موثر جريان مساوي نصف مجذور مقدار ماكزيمم است.

Umax=1.4 Ueff

مقدار ولتاژ توليد شده

اگر روش تغييرات خطوط ميدان را دنبال كنيم نتيجه ميگيريم :

1-     درنقاط صفر درجه 180 درجه و360 درجه  چون سيم موازي با خطوط ميدان حركت ميكند بنابراين خطوط ميدان را قطع نخواهد كرد در نتيجه مقدار ولتاژ القايي در اين نقاط صفر است.

2-     در نقاط 90 درجه و 270 درجه خطوط ميدان بيشتر از ساير نقاط قطع ميشوند لذا بزرگترين مقدار خود را دارد.

 

جريان متناوب

بوبين در ميدان مغناطيسي

همانگونه كه ميدانيم اگر سيمي در ميدان مغناطيسي حركت داده شود در آن ولتاژ بوجود ميآيد.حال اگر يك بوبين در ميدان حركت داده شود چه اتفاقي خواهد افتاد؟

با حركت بوبين در ميدان مانند حركت سيم در ميدان مغناطيسي در بوبين ولتاژ القا ميشود با اين تفاوت كه جهت جريان ناشي از ولتاژ القايي در بوبين دائما تغيير ميكند.لذا نتيجه ميگيريم كه ولتاژ توليد شده ولتاژ متناوب ميباشد.

نكته:در موقع چرخاندن محور بوبين در ميدان مقاومتي را احساس ميكنيم كه براي برطرف كردن آن يك نيروي مكانيكي لازم است كه اين اثر با قانون لنز كاملا مطابقت دارد.

قانون

ولتاژ توليد شده جرياني را بوجود ميآورد كه جهت آن طوري است كه ميخواهد از حركت بوبين جلوگيري نمايد.

اصول كار الكتروموتورها

ميخواهيم بدانيم چگونه ممكن است حركت گردشي بوبين به 360 درجه رسانده شود.در مطلب قبل ديديم بوبين 90 درجه چرخيده سپس ساكن ميشود دليل اينست كه جهت خطوط ميدان مغناطيسي ثابت بوده وبوبين نميتواند بحركت خود ادامه دهد .حال اگر بتوانيم جهت ميدان مغناطيسي را تغيير دهيم حركت بوبين نيز ميتواند چرخشي باشد.علت اينست كه با تغيير ميدان, تراكم خطوط ميدان ضعيف تر و قويتر دائما جايشان عوض شده وبوبين را بگردش در ميآورند.

تغيير جهت جريان در بوبين متحرك

اينكار بوسيله برگرداننده جريان (كموتاتور) انجام ميشود.در اين حالت ابتدا وانتهاي بوبين بدو نيم حلقه مسي متصل شده اند كه نسبت بهم عايق هستند يعني از هم جدا هستند.رساندن ولتاژ بوسيله ذغالهايي صورت ميگيرد كه در روي نيم حلقه هاي مسي تكيه نموده وسطح آنها كاملا با سطح نيمگرد حلقه هاي مسي تماس دارد ودرجه سختي آنها با مس مناسب است وبهمين جهت در اينمورد از ذغال استفاده ميشود.

يك چنين بوبيني راكه مجهز به كموتاتور بوده ودر داخل ميدان مغناطيسي يك آهنرباي دائمي يا يك الكترومگنت قرار گرفته باشد از لحاظ اصول يك موتور جريان مستقيم ميناميم .زيرا در صورتيكه جريان مستقيم از آن عبورداده شود بگردش در ميآيد.

بوبين در ميدان مغناطيسي

اگر از بوبيني كه در داخل ميدان مغناطيسي قرار دارد جرياني بگذرد در آن يك قوه گردنده ايجاد ميشود.

جهت حركت گردشي به جهت جريان وجهت ميدان مغناطيسي بستگي دارد.

هنگاميكه از بوبين جريان عبور نمايد در بوبين يك ميدان مغناطيسي توليد ميشود كه جهت آنرا بكمك خطوط ميدان مغناطيسي دايره شكل دور سيمها ميتوان تعيين نمود.ر اين صورت دو ميدان تشكيل ميشود .يكي ميدان مغناطيسي كه بوسيله يك الكترومگنت يا آهنرباي دائم تشكيل ميشود وديگري ميدان مغناطيسي بوبين حامل جريان

اين دو حوزه مغناطيسي بر يكديگر عمودند وسعي ميكنند در يك جهت مشترك قرار گيرند بنابراين بگردش در مي آيند واين گردش تا زمانيكه هردو حوزه جهتشان يكي شود ادامه خواهد داشت.بعد از يكي شدن جهت دو حوزه بوبين بحالت سكون در ميآيد كه در اين حالت مقدار حركت باندازه 90 درجه است وسپس قوه گردشي وجود نخواهد داشت.

سيم حامل جريان در ميدان مغناطيسي

اگر يك سيم حامل جريان رادر يك ميدان مغناطيسي وارد كنيم مشاهده ميكنيم در سيم يك قوه حركت دهنده اي ايجاد ميشود كه جهت حركت سيم در اين ميدان از طرف ميدان قويتر به طرف ميدان ضعيف تر ميباشد.با تغيير جهت خطوط ميدان مغناطيسي ميتوان جهت حركت سيم را تغيير داد.

قانون دست چپ

اگر كف دست چپ را طوري بگيريم كه جهت خطوط ميدان بطرف آن وعمود بر آن باشد ونوك انگشتان جهت جريان را نشان دهد انگشت شست چهت حركت سيم را نشان خواهد داد.

 

خطر قطع ولتاژ القايي

در بوبينهاي بزرگ  با هسته آهني مقدار خودالقايي ممكن است باندازه اي بزرگ باشد كه در موقع قطع جريان ولتاژ القايي كه در آن توليد ميشود خيلي بزرگ بوده وباعث جرقه زدن از ميان عايق سيم ها شود.براي جلوگيري از اين پديده در لحظه قطع مقاومتي را با آن موازي ميكنند ويا اينكه آنرا اتصال كوتاه ميكنند.در اينصورت مطابق قانون اهم اختلاف سطح زياد مزبور در اثر عبور جريان در مقاومت ازبين ميرود ويا دراثر اتصال كوتاه كردن در مقاومت داخلي مصرف ميشود.

بالا بردن مقدار خودالقايي

مقدار اندوكتيويته يك بوبين را ميتوان با قرار دادن يك هسته آهني در آن بالا برد زيرا در اثر آن مقدار شار مغناطيسي بوبين بيشتر ميشود.همانطوريكه ميدانيم مقدار شار مغناطيسي با مقاومت مغناطيسي يا قابليت هدايت مغناطيسي ارتباط دارد يعني هرچه قابليت هدايت مغناطيسي بيشتر باشد تعداد خطوط ميدان بيشتري عبور خواهد كرد وچون آهن داراي قابليت هدايت مغناطيسي بيشتر از هوا ميباشد لذا ازبوبيني كه داراي هسته آهني است شار مغناطيسي بزرگتري عبور ميكند ودر نتيجه اندوكتيويته آن بيشتر ميشود.بزرگترين مقدار خودالقايي را موقعي خواهيم داشت كه هسته آهني كاملا مدار مغناطيسي بسته اي داشته باشد.

مقدار ولتاژ خودالقايي

مقدار ولتاژ خودالقايي يا سلف اندوكسيون تابع همان مقاديري است كه ولتاژ القايي بود.سرعت تغيير ميدان تابع سرعت تغيير جريان است وبجاي طول سيم در اينجا تعداد دور حلقه هاي بوبين قرار داده ميشود وشار مغناطيسي كل جانشين چگالي شار مغناطيسي ميگردد. ضريب خودالقايي (اندوكتيويته) مقاديري كه در يك بوبين ثابت هستند عبارت است از تعداد دور سيم ومقدار هدايت مغناطيسي. همانطوريكه تغيير مقدار جريان نسبت به زمان در مقدار ولتاژ خودالقايي موثر است مقادير ثابت فوق نيز در آن موثرند وبهمين جهت مقادير ثابت, مقدار اندوكتيويته يا ضريب خودالقايي را مشخص ميكنند.اين ضريب را با حرف L نشان ميدهند. قانون بوبيني كه در آن در اثر تغيير جريان يك آمپر در هر ثانيه يك ولتاژ خودالقايي مساوي يك ولت توليد شود داراي سلف اندوكسيون يك هانري ميباشد.(هنري فيزيكدان آمريكايي است كه در سالهاي 1878-1797 ميزيسته است)

خودالقايي

جهت درك بهتر اين مفهوم يك آزمايش انجام دهيم:

در يك مدار ساده متشكل از يك باتري 6ولتي و يك كليد و يك الكترومگنت با تعداد دور 1200 سيم  كه مدار جهت وصل الكترومگنت به ولتاژ باتري بسته شده است.حال با كليد يك لامپ 220 ولتي بصورت موازي بسته شود.اگر كليد را وصل كنيم لامپ خاموش است.ولي اگر كليد را يكمرتبه قطع كنيم در همان لحظه قطع كليد لامپ براي مدت بسيار كوتاهي روشن ميشود.بنابراين بايد در لحظه قطع كليد به لامپ مزبور ولتاژ 220 ولتي براي لحظه اي كوتاه رسيده باشد.حال اين سوال پيش مي آيد كه اين ولتاژ زياد چگونه بوجود آمده است در حاليكه باتري فقط 6 ولت بوده است.

ولتاژ خودالقايي

بطوريكه ميدانيم در لحظه قطع جريان, حوزه مغناطيسي الكترومگنت هم يكمرتبه از بين ميرود, يعني درواقع مقدار شار مغناطيسي آن تغيير ميكند واين تغيير شار مغناطيسي, باعث ميشود در سيمهاي بوبين الكترومگنت اختلاف سطحي القا شود.چون هم عده دور سيم بوبين زياد است وهم مقدار شار مغناطيسي زياد بوده است لذا مقدار ولتاژي كه در اثر القا, در بوبين بوجود آمده است خيلي زياد ميشود وچون اين ولتاژ القايي در اثر تغيير حوزه مغناطيسي خود بوبين بوجود آمده, آنرا ولتاژ خودالقايي يا ولتاژ سلف اندوكسيون ميگويند.

ورق آهن دينامو

براي اينكه مقدار تلفات آهن را كاهش دهيم ميبايست از آلياژهاي مخصوصي استفاده كنيم كه به آن سيليسيوم اضافه شده است كه آنرا آهن دينامو ميگويند.در اثر اضافه كردن سيليسيوم مقاومت الكتريكي آهن زياد شده ودر صورت ثابت بودن ولتاژ القايي مقدار جريان گردابي كمتر ميشود.

حذف جريانهاي گردابي

در آزمايش قبل اگر در صفحه فلزي شكافي ايجاد شود قوه مخالف آن تقريبا ازبين ميرود.علت اينست كه راه عبور جريان گردابي قطع ميشود وبعلت بالا رفتن مقاومت جريان گردابي شديد نخواهد بود.البته همين مقدار كم خود باعث توليد قوه مخالف خواهد شد.در نتيجه اگر بخواهيم مقدار جريان گردابي كم باشد بايد جسم فلزي باجزائ كوچكتري تقسيم شود.

 

تلفات جريان گردابي(فوكو)

اگر يك بوبين با هسته آهني را يكبار با هسته يك تكه و بار ديگر با هسته مورق كه نسبت بهم عايق شده اند در يك جريان متناوب بكار ببريم  با توجه به تغييرات متناوب ميدان مغناطيسي بعلت استفاده از جريان متناوب خواهيم ديد بوبين با هسته يك تكه بسيار گرم شده ولي بوبين با هسته مورق گرم نميشود.بهمين علت در ماشينهاي الكتريكي از هسته هاي مورق استفاده ميگردد.زيرا در غير اينصورت هسته داغ شده وباعث سوختن سيم پيچ ميگردد.علت اينست كه در اثر جريانهاي گردابي قسمتي از انرژي در آهن به حرارت تبديل ميشودوچون از انرژي اصلي كم ميشود وبهدر ميرود آنرا تلفات ميگويند.

تلفات جريان گردابي(فوكو)

اگر يك بوبين با هسته آهني را يكبار با هسته يك تكه و بار ديگر با هسته مورق كه نسبت بهم عايق شده اند در يك جريان متناوب بكار ببريم  با توجه به تغييرات متناوب ميدان مغناطيسي بعلت استفاده از جريان متناوب خواهيم ديد بوبين با هسته يك تكه بسيار گرم شده ولي بوبين با هسته مورق گرم نميشود.بهمين علت در ماشينهاي الكتريكي از هسته هاي مورق استفاده ميگردد.زيرا در غير اينصورت هسته داغ شده وباعث سوختن سيم پيچ ميگردد.علت اينست كه در اثر جريانهاي گردابي قسمتي از انرژي در آهن به حرارت تبديل ميشودوچون از انرژي اصلي كم ميشود وبهدر ميرود آنرا تلفات ميگويند.

 

جريانهاي گردابي

اگر يك صفحه فلزي را در يك ميدان مغناطيسي قوي قرار دهيم مشاهده ميكنيم چون صفحه فلزي است با ورود به ميدان در آن ولتاژ القا ميشود كه چون مدار صفحه در خود بسته است يك جريان اتصال كوتاه زيادي در آن بوجود مي آيد.در صفحه چون محل عبور جريان مانند سيم كاملا مشخص نيست و بصورت دوايري در صفحه ميباشد لذا جريان آنرا جريان گردابي (جريان فوكو) مينامند.در اثر شدت زياد اين جريان برطبق قاعده اي كه جريانهاي القايي سعي ميكنند از عامل بوجود آورنده خود ممانعت نمايند قوه مخالف بزرگي در صفحه ايجاد ميشود كه ميخواهد از حركت صفحه ممانعت نمايد.هرچه شدت اين جريان گردابي بيشتر باشد قوه مخالف توليدي نيز بزرگتر خواهد بود.

از اين خاصيت در عمل استفاده ميشود از جمله در دستگاههاي اندازه گيري براي جلوگيري از نوسان عقربه در كنتورها براي جلوگيري از حركت بيشتر از اندازه صفحه گردنده وهمچنين براي باردادن به موتورها براي سنجش قدرت آنها و...

توليد اختلاف پتانسيل الكتريكي بوسيله القا

اختلاف سطح الكتريكي را ميتوان بكمك ميدان مغناطيسي توليد نمود وبراي اينكار يا بايد سيم رادر ميدان مغناطيسي كه ساكن است بگردش درآورد ويا اينكه ميدان مغناطيسي گردنده اي از مقابل سيم كه ساكن است عبور نمايد.از هردوي اين طريق در ساختمان ژنراتورها استفاده ميشود.همچنين ممكن است سيم وميدان هردو ساكن باشند معذالك ميدان مغناطيسي در اثر عوض شدن جهت جريان تغيير نمايد در اينصورت باز اختلاف سطح الكتريكي توليد ميشود كه از اين روش در ساخت ترانسفورماتورها استفاده ميشود.

عوامل موثر در مقدار ولتاژ القايي

در مقدار ولتاژي كه در يك هادي در اثر قطع ميدان مغناطيسي القا ميشود سه چيز موثر است.

1-     طول هادي

2-     سرعت تغيير ميدان

3-     چگالي شار مغناطيسي

U=B.L.V

رابطه بالا ولتاژ القايي ميباشد كه اگر طول هادي به متر و سرعت برحسب متر برساعت و چگالي شار برحسب گاوس باشد ولتاژ القايي برحسب ولت ميباشد.

 

قانون دست راست

 

اگر كف دست راست را طوري بگيريم كه خطوط ميدان مغناطيسي بآن وارد شود وانگشت شست در جهت حركت سيم باشد در اينصورت نوك انگشتان دست جهت ولتاژ القايي را نشان ميدهد.بكمك اين قاعده براحتي ميتوان جهت جريان القايي را تعيين نمود.اگر بجاي سيم حوزه مغناطيسي حركت كند مانند اينست كه سيم در جهت عكس حوزه حركت نمايد وبنابراين در اينصورت انگشت شست در جهت عكس حركت حوزه خواهد بود.

بنابر توضيحات فوق قانون لنز را بشرح ذيل ميتوان بيان نمود:

جهت جريان القايي طوريست كه بكمك خطوط ميدان مغناطيسي خود ميخواهد مانع رويدادي شود كه صورت ميگيرد.

قانون لنز(LENZ)

چنانچه سيم آزمايش قبل را در موقع وارد شدن به ميدان مغناطيسي مورد دقت قرار دهيم ملاحظه ميكنيم كه قوه اي در جهت عكس حركت سيم نيز توليد ميشود كه ميخواهد از حركت آن جلوگيري نمايد .حال ببينيم كه اين قوه مخالف از كجا بوجود مي آيد.با وارد شدن سيم به حوزه ميدان مغناطيسي در آن ولتاژي توليد ميشود كه اين ولتاژ, باعث القاي جريان در سيم ميگردد.اين جريان, بنوبه خود باعث بوجود آمدن يك ميدان مغناطيسي در اطراف سيم ميشود, كه جهت اين ميدان طوري است كه, در اثر تركيب با حوزه مغناطيسي اصلي ,در جلوي سيم تراكم خطوط قوا بيشتر ودر پشت آن كمتر ميشود, بطوريكه سيم ميخواهد بطرف عكس جهت حركت رانده شود.در حقيقت با عامل بوجود آورنده خود مخالفت ميكند.

ولتاژ القايي

ميدانيم در اثر عبور جريان هميشه يك حوزه مغناطيسي ايجاد ميگردد.اكنون ميخواهيم بدانيم آيا عكس اين عمل هم ممكن است؟يعني آيادراثر حركت دادن سيمي در ميدان مغناطيسي درآن جريان بوجود ميآيد يا خير؟

جهت حصول اطمينان انجام آزمايشي لازم است. در اين آزمايش يك قطعه سيم را به دونوار فلزي قابل حركت مي آويزيم بطوريكه جريان مدار از آنها عبور نمايد وسپس مدار رااز روي يك دستگاه ميلي آمپر متر كه حداكثر ميدان اندازه گيري آن 2ميلي آمپر باشد ميبنديم.ميلي آمپرمتر را از نوعي انتخاب ميكنيم كه نقطه صفر آن در وسط باشد بعبارت ديگر نقطه صفر را طوري تنظيم ميكنيم كه در وسط صفحه قرار گيرد يعني عقربه ان بتواند از وسط بطرف راست يا چپ حركت كند.اكنون يك مغناطيس نعل اسبي قوي را انتخاب نموده وآنرا طوري قرار ميدهيم كه سيم بتواند درداخل ميدان مغناطيسي آن كه يك ميدان يكنواخت است آزادانه حركت كند.حال سيم را بعقب كشيده ورها ميكنيم تا بداخل ميدان مغناطيسي رفته وچند حركت نوساني نمايد.در نتيجه ملاحظه خواهيم كرد كه عقربه ميلي آمپرمتر نيز حركت خواهد كرد وجهت انحراف عقربه در هر نيم نوساني كه سيم مينمايدتغيير ميكند.

 نتيجه: از مشاهده حركت عقربه ميلي آمپرمتر نتيجه ميگيريم در سيم جرياني بوجود آمده است وبنابراين بايد در سيم يك قوه الكتروموتوري يعني يك ولتاژي توليد شده باشد كه آنرا ولتاژ القايي ميناميم. اگر سيم را ثابت نگه داشته وبجاي آن مغناطيس را بسرعت حركت دهيم باز عقربه حركت خواهد كرد.بنابراين فرقي نميكند كه سيم در حوزه مغناطيسي حركت كند يا اينكه سيم ثابت بوده وحوزه مغناطيسي حركت ميكند.در هرحال بايد طوري باشد كه سيم خطوط ميدان مغناطيسي را قطع كند.

 قانون: جهت جريان بستگي دارد به جهت حركت سيم وقطع خطوط ميدان

مغناطيس باقيمانده

اگر در آزمايش بالا جريان بوبين راقطع كنيم عده زيادي از ميخها ميافتند ولي بعضي از آنها به هسته چسبيده ورها نميشوند.دليل اينست كه در آهن مختصري از خاصيت مغناطيسي باقي مانده است بعبارت ديگر برخي از ملكولهاي مغناطيسي درحالت جهت گرفته خود مانده اند وباعث شده اند كه آهن مقداري از خاصيت مغناطيسي را حفظ نمايد.اين خاصيت را مغناطيس باقيمانده مينامند.

 شدت ميدان رفع مغناطيس

 اگربخواهيم اين مغناطيس باقيمانده را از بين ببريم بايد در آزمايش قبل جهت جريان بوبين را عكس كنيم وشدت جريان را كم كم بالا ببريم تا تمام ميخها از هسته آهني جدا گردد .بمحض اينكه آخرين ميخ جدا شد ميبايست جريان قطع گردد.شدت ميداني را كه براي اينكار لازم است شدت ميدان رفع مغناطيس ميگويند.

اشباع مغناطيسي

قابليت مغناطيسي آهن مانند قابليت هدايت الكتريكي مقدار ثابتي نيست وبا شدت ميدان مغناطيسي تغيير ميكند.در يك آزمايش به يك بوبين با هسته آهني جريانهاي 0.5-1-1.5-2 آمپر را در مراحل مختلف اعمال ميكنيم.مقداري ميخ آهني نيز در مجاورت بوبين قرار ميدهيم.با اعمال جريان 0.5 آمپر ميبينيم مقداري ميخ جذب ميشود وبا افزايش جريان تعداد ميخهاي جذب شده نيز بيشتر ميشود ولي اگر جريان از 2 آمپر بيشتر شود در تعداد ميخهاي جذب شده تغييري ايجاد نميشود.دليل اينست كه در اين موقع تمامي ملكولهاي مغناطيسي آهن كاملا جهت گرفته اند.اين حالت اشباع مغناطيسي نام دارد.

بوبين با هسته آهني

اگر يك هسته آهني را در بوبين وارد كنيم مشاهده ميكنيم در حالتي كه بوبين داراي هسته آهني است چون هدايت مغناطيسي آهن از هوا بيشتر است نيروي محركه آن كه با شار مغناطيسي نسبت مستقيم دارد بيشتر ميشود.يعني شار مغناطيسي بازاي جريانهاي مساوي در بوبين با هسته آهني بيشتر ازبوبين بدون هسته ميباشد.

خاصيت الكترومغناطيسي

1-     ميدان مغناطيسي يك سيم

اگر يك عقربه مغناطيسي را در زير يك سيم قرار دهيم واز سيم جريان زيادي عبور دهيم مشاهده خواهيم كرد كه عقربه از جهت شمال وجنوب كه قبلا در آن امتداد قرار گرفته بود منحرف ميشود.دليل اينست كه در اثر عبور جريان ازسيم يك ميدان مغناطيسي در اطراف سيم بوجود آمد كه باعث حركت عقربه گرديد.اين ميدان دايره شكل بوده وبصورت دواير متحدالمركز اطراف سيم را فرا ميگيرد.

ميدان دوسيم موازي

اگر از دو سيم موازي جريانهاي هم جهت عبوركند هر سيم ميداني بوجود ميآورد.بدليل هم جهت بودن جريان و درنهايت هم جهت بودن ميدانهاي مغناطيسي  دو سيم از يكديگر دور ميشوند بعبارت ديگر همديگر را دفع ميكنند.بالعكس در صورت غير هم جهت بودن جريانها دوسيم همديگر را جذب ميكنند وبهم نزديك ميشوند.

اهميت عملي تاثير هاديهاي حامل جريان روي يكديگر

همانطوريكه در مطلب بالا ذكر گرديد دوسيم حامل جريان به هم نيرويي وارد ميكنند.حال اين مضوع را در تابلوهاي برق بررسي ميكنيم.در تابلوهاي برق از شمشهاي برق جريان بسيار زيادي عبور ميكند واين جريانها نيز به نوبه خود ميدانهاي مغناطيسي قوي ايجاد ميكنند.حال اگر در تابلو اتصال كوتاهي رخ دهد ميداني كه جريان اتصال كوتاه ايجاد ميكند فوق العاده زياد بوده وميتواند باعث خم شدن ويا درهم شكستن شمش يا مقره هاي آن گردد.لذا ميبايست در تابلوها فاصله بين شمشها و اتصال آْنها به تابلو كاملا دقت گردد.براي مثال درصورتيكه فاصله دوهادي از هم 10 سانتيمتر وجريان اتصال كوتاه 50000 آمپر باشد نيروي مكانيكي كه بين دوهادي ايجاد ميشود 500 كيلوپوند درهر متر طول ميباشد.

2-     ميدان مغناطيسي يك بوبين

ميدان مغناطيسي كه در اطراف يك رشته سيم بوجود مي آيد نسبتا ضعيف است.حال اگر سيم را بصورت يك بوبين(قرقره سيم پيچي) در آوريم ودرنتيجه طول زيادي از سيم را يك جا جمع كنيم طبيعتا ميدان مغناطيسي حاصله بسيار بزگتر خواهد بود.همانگونه كه ميدانيم هر سيم حامل جريان يك ميدان ايجاد ميكند در سيم پيچي نيز هر سيم  يك ميدان توليد ميكند كه جهت همه اين ميدانها يكي بوده وبصورت دايره ميباشد.اين ميدانها همه با هم جمع شده ويك ميدان مغناطيسي مشترك با قدرت بيشتر را ايجاد ميكند.

قاعده دست راست:اگر سيم را طوري در دست بگيريم كه جهت جريان با جهت شست دست يكي باشد جهت بقيه انگشتان نيز هم جهت با ميدان مغناطيسي خواهد بود.

عوامل موثر در ميدان مغناطيسي

الف-تعداد دور سيم پيچي

ب- شدت جريان

از ضرب كردن دو پارامتر مذكور در هم اختلاف سطح مغناطيسي بوجود ميآيد كه واحد آن آمپردور ميباشد.

شدت ميدان مغناطيسي

اگر در بوبيني سيمها بصورت فشرده ونزديك بهم پيچيده گردد شدت ميدان مغناطيسي بوبين بيشتر است زيرا خطوط ميدان در يك فاصله كمتر ونزديك بهم هستند ولي اگر حلقه هاي سيم بوبين دور از هم قرارگيرند در اينصورت خطوط ميدان بايد از فاصله هوايي بيشتري عبور كنند وخطوط ميدان زياد نزديك بهم نخواهند بود.بنابراين ميتوان گفت شدت ميدان مغناطيسي يك بوبين بستگي به آن دارد كه چند آمپر دور به هر سانتي متر طول خطوط ميدان تعلق ميگيرد.اگر شدت ميدان را با حرف H نشان دهيم خواهيم داشت:

H=(N*I)/L

كه در آن L طول هادي به سانتيمتر ميباشد.به حاصلضرب N*I نيروي محركه مغناطيسي يا mmf ميگويند وواحد آن آمپردور ميباشد.

اندوكسيون مغناطيسي (چگالي شار مغناطيسي)

اگر شدت ميدان مغناطيسي رادر ضريب نفوذپذيري ضرب كنيم چگالي شار مغناطيسي بدست مي آيد.

B=U.H

B=UNi/L

كه واحد چگالي شار مبر بر متر مربع يا تسلا ميباشد.شار متوسط نيز از رابطه ذيل بدست مي آيد:

Q=B.A

كه در آن B چگالي شاروA سطح مقطع و واحد آن وبر ميباشد.

قابليت نفوذ آهن(پرمابليته)

اگردر ميدان مغناطيسي مربوط به يك مغناطيس نعل اسبي يك قطعه آهن نرم وارد كنيم بيشتر خطوط ميدان از آهن عبور خواهند كرد.يعني خطوط ميدان مغناطيسي راه داخل آهن را بر راه هوا ترجيح ميدهند زيرا آهن بهتر از هوا خطوط ميدان را هدايت ميكندوبعبارت ديگر قابليت نفوذ(پرمابليته) آهن از هوا بيشتر است.قابليت نفوذ را با حرف يوناني (مو)نشان ميدهند وبراي هوا يك بوده وبراي آهن بسته بمقدار تراكم خطوط ميدان قابليت نفوذ ممكن است تا 100000 هم برسد.

 تاثير مغناطيس بر آهن نرم

 اگر يك قطعه آهن نرم را تحت تاثير يك مغناطيس دائم قراردهيم قطعه آهن نرم خاصيت مغناطيسي پيدا ميكند واگر مجددااز آن دور كنيم قطعه آهن نرم خاصيت مغناطيسي را از دست ميدهد زيرا ابتدا مغناطيس هاي ملكولي آهن نرم بطور منظم دركنارهم قرار گرفته بود وزمانيكه آنرا دور ميكنيم مجددا مغناطيس هاي ملكولي بصورت غيرمنظم قبلي درآمده وخاصيت مغناطيسي آن از بين ميرود.

مغناطيس باقيمانده(رماننتس)

اگر بجاي قطعه آهن نرم آهني را انتخاب كنيم كه كمي سخت تر باشد در اينصورت تمام مغناطيس هاي ملكولي بحالت بي نظمي برنميگردد بلكه قسمتي ازآن در حالت نظم باقي ميماند بنابراين خاصيت مغناطيسي آن كاملا از بين نميرود وكمي از آن باقي ميماند كه آنرا مغناطيس باقيمانده ميگويند.

جلوگيري از نفوذ ميدانهاي مغناطيسي

اگر يك حلقه آهني را در يك ميدان مغناطيسي قرار دهيم خطوط ميدان از قسمت آهني حلقه عبور كرده وقسمت داخلي حلقه از خطوط ميدان خالي ميماند.بنابراين يك چنين حلقه آهني مانع نفوذ خطوط ميدان مغناطيسي بداخل حلقه ميشود.از اين حلقه در وسايل اندازه گيري استفاده ميشود.

 شار مغناطيسي

 قوه اي كه يك مغناطيس با آن يك قطعه آهن را بطرف خود ميكشد بستگي به تعداد خطوط ميداني دارد كه از واحد سطح يعني يك سانتي مت مربع ميگذرد. اگر از هر سانتي متر مربع يك خط ميدان عبور كنددر اينصورت مقدار تراكم خطوط ميدان يك گاوس خواهد بود.(كارل فردريش گاوس فيزيكدان ورياضي دان آلماني كه در 1777-1855 ميزيسته است)اگر بگوييم اندوكسيون مغناطيسي 3000 گاوس است يعني از هر سانتي متر مربع 3000 خط ميدان مغناطيسي عبور كرده است. اگر سطحي كه خطوط ميدان از آن خارج ميشود را با A واندوكسيون مغناطيسي را با B نشان دهيم شار مغناطيسي Q (في) خواهد شد: Q=B.A كه اگردر اين رابطه B برحسب گاوس , وA برحسب سانتي متر مربع باشد مقدار Q به ماكسول ميباشد.(جيمز ماكسولjames Maxwell فيزيكدان انگليسي است كه در سالهاي 1879-1831 ميزيسته است).

مواد مغناطيسي

يك مغناطيس دائم تمام مواد راجذب نميكند بلكه موادي را مانند آهن نيكل فولاد وكبالت وچند نوع آلياژ را جذب ميكنند كه اين مواد را مواد مغناطيسي ميناميم.موادي كه خاصيت مغناطيسي رادرخود نگه ميدارد مواد سخت مغناطيسي وآنهائيكه خاصيت مغناطيسي را از دست ميدهند مواد نرم مغناطيسي مينامند.(مغناطيس سخت ومغناطيس نرم) ميدان مغناطيسي اگر يك صفحه شيشه اي را روي يك مغناطيس قرار دهيم ومقداري براده ريز آهن روي شيشه بطور يكنواخت بريزيم سپس با انگشت برروي صفحه شيشه اي بزنيم ملاحظه ميكنيم براده هاي آهن دنبال يكديگر قرار گرفته وخطوطي رانشان ميدهند كه بين قطب شمال وجنوب بصورت منحني وصل شده اند واگر عقربه مغناطيسي را هم به مغناطيس مزبور نزديك كنيم مشاهده ميكنيم كه عقربه مغناطيسي درامتداد خطوط مزبور قرار ميگيرد.بنابراين براي خاصيت مغناطيسي ميتوان خطوط فرضي درنظر گرفت كه درتمام فضاي اطراف مغناطيس وجود دارند.محيط اطراف مغناطيس راكه اين خطوط در آنجا وجود دارند ميدان مغناطيسي ميگويند.اين خطوط درداخل مغناطيس هم وجود دارند بطوريكه هرخط ميدان بصورت كاملا بسته است وجهتي كه براي آن فرض شده در خارج مغناطيس از طرف قطب شمال بطرف قطب جنوب ودرداخل مغناطيس از قطب جنوب به قطب شمال ميباشد.

تاثير مغناطيسي برق

 

مغناطيس دائم

دربعضي افسانه ها نقل كرده اند كه كوهي بوده است كه وقتي كشتيها ازكنار آن ميگذرند قسمتي از ميخهاي كشتي از بدنه آن خارج ميشد وكشتي غرق ميگشت.با اينكه اين نقل اغراق آميز وافسانه است معذالك درآن حقيقتي نهفته است يعني در واقع كوههايي يافت ميشوند كه از سنگ آهن تشكيل يافته اند وميتوانند قطعات آهن را بطرف خود جذب نمايند.اين پديده را خاصيت مغناطيسي مينامند وسنگ آهني كه داراي اين خاصيت باشد سنگ آهن مغناطيسي ميگويند.

اگر يك ميله فولادي را به يك مغناطيس يا آهنرباي دائم بماليم ميله فولادي تبديل به يك مغناطيس مصنوعي يا آهنرباي مصنوعي ميشود.

قطب هاي مغناطيس

اگر يك شيء نوك تيز مانند سوزن را كه خاصيت آهنربايي پيدا كرده است در ميان براده هاي ريز آهن بگذاريم براده ها بيشتر از همه جا بطرف دوسر آن جذب ميشوند.اين دونقطه را كه در دو انتهاي آهن ربا قرار داشته وبيش از همه جا بيشتر قوه جذب آهن را دارد قطب هاي مغناطيس مينامند.

جهت قطبهاي مغناطيس

اگر يك سوزن را كه درميان آن يك فرورفتگي اتكا درست كرده ايم در روي نوك تيزي قرار دهيم خواهيم ديد كه سوزن مغناطيسي بحول خود چرخيده ودر امتداد معيني قرار ميگيرد بطوريكه يك قطب آن بطرف قطب شمال جغرافيايي وقطب ديگر آن بطرف قطب جنوب جغرافياي واقع ميشود.قطبي كه بطرف قطب شمال قرار گرفته را قطب شمال مغناطيسي وديگري را قطب جنوب مغناطيسي مينامند.بنابر اين بوسيله چرخش چنين عقربه اي ميتوان جهت شمال وجنوب را پيدا كرد.

اثر متقابل دو مغناطيس نسبت بهم

اگر دوقطب همنام را به يكديگر نزديك كنيم همديگر را دفع ودوقطب غير همنام همديگر را جذب ميكنند.