مغناطيس كهربي

يلتقط مغناطيسي كهربائي مشابك الأوراق عند نشاة مجال مغناطيسي فيه بسبب تيار كهربائي يمر في الملف. وعندما ينبتر التيار تزول المغنطة وتُهجر المشابك الحديدية.

يتكون المغناطيس الكهربي من ملف سلك معزول ملتف حول أسطوانة حديدية. وتتناسب شدة المجال المغناطيسي المتولد مع شدة التيار ومع عدد لفات الملف.

يمر التيار (I) في سلك مستقيم فينشأ مجال مغناطيسي (B). ويكون اتجاه دوران المجال المغناطيسي مطابقا ل قاعدة اليد اليمنى.

مغناطيس كهربي في الفيزياء والهندسة الكهربائية (بالإنجليزية: electromagnet) هومغناطيس يتولد مجاله المغناطيسي عن طريق مرور تيار كهربائي منتظم في ملف (أوسلك). ويختفي المجال المغناطيسي المتولد عندما ينبتر التيار. وتستخدم المغناطيسات الكهربائية كثيرا في المحركات الكهربائية وفي المولدات الكهربائية وومكبرات الصوت وفي أجهزة تصوير بالرنين المغناطيسي وفي أجهزة الأقراص الصلبة لتخزين المعلومات وفي الرافعات الثقيلة وأجهزة فهمية كثيرة .

فكرته

عندما يمر تيار كهربائي في سلك يتولد مجال مغناطيسي حوله (انظر أسفله). وبغرض هجريز المجال المغناطيسي المتولد يُشكل السلك عل هيئة الملف مكون من عدة لفات للسلك تجاور اللفة أختها. وتمر خطوط المجال المغناطيسي المتولد داخل الملف مولدة مجال مغناطيسي قوي.

النظرية

إذا كان طول الملف المستخدم L بالمتر وعدد اللفات n {عدد مطلق، ليست له وحدة , ويمر به تيار كهربائي شدته I (بوحدة أمبير) فتُحسب شدة المجال المغناطيسي H {بوحدة : أمبير/متر بواسطة العلاقة :

{\displaystyle H=I\cdot {\frac {n {l \,

وبالتالي تـُحسب كثافة التدفق المغناطيسي B {بوحدة : T (تسلا) .

{\displaystyle B=\mu _{0 \cdot \mu _{r \cdot I\cdot {\frac {n {l \,

.

في تلك المعادلة:

{\displaystyle \mu _{0

{\displaystyle \mu _{r

{\displaystyle \mu _{0 =4\cdot \pi \cdot 10^{-7 {\frac {\mathrm {H {\mathrm {m \,

.

في الفراغ (أوبالتقريب في الهواء) تكون النفاذية النسبية :

{\displaystyle \mu _{r =1

وتختلف قيمتها للمواد المغناطيسية الحديدية بين أربعة و15.000 حتى الوصول إلى التشرع المغناطيسي.

اتجاه دوران المجال المغناطيسي (قاعدة اليد اليمنى): نقبض أصابع اليد اليمنى وننصب الإبهام إلى أعلى، فيبين الإبهام اتجاه التيار في السلك وتبين الأصابع اتجاه دوران خطوط المجال المغناطيسي (قارن بالشكل).

قلب الملف

مغناطيسي كهربائي على إحدى الرافعات.

يكون قلب ملف المغناطيس الكهربي عادة من الحديد ، وهومكون من حبيبات مغناطيسية تشكل جميع واحدة منها مغناطيسا ذاتيا صغيرا (مبتر الحبيبة نحوعشرة ميكرومتر أوأصغر، انظر مغناطيسية حديدية). وقبل تمرير التيار الكهربائي في الملف تكون الحبيبات المغناطيسية في القلب لحديدي للملف متخذة اتجاهات عشوائية، فتلغي مغناطيسية الحبيبة مغناطيسية الأخرى ولا يبين الحديد في تلك الحالة آية مجال مغناطيسي.

وعندما يمر تيار في حلقات سلك الملف المحيطة بالقلب الحديدي، يتخلل المجال المغناطيسي المتولد في الملف في الحديد ويعمل على توجيه مغناطيسية الحبيبات في اتجاهه، بذلك يزداد المجال المغناطيسي في قلب الملف وينتشر خارج وحول الملف. وحدثا زادت شدة التيار الكهربائي في الملف حدثا زاد عدد الحبيبات التي توجه مجالها في اتجاه المجال المغناطيسي للملف، حدثا زاد شدة المجال الناشيئ الكلي. وعندما تصبح مغناطيسية جميع الحبيبات في نفس اتجاه المجال المغناطيسي للملف وتصل حالة تشبع مغناطيسي في بترة حديد قلب الملف، تزيد شدة المجال المغناطيسي ببطء بسبب ظاهرة المغناطيسية المسايرة فقط، وهي أقل نحو1000 مرة عن المغناطيسية الحديدية.

وعند بتر تيار الملف تفقد الحبيبات توجيه مغناطيسيتها الذاتية وتعود إلى حالة توزيعها العشوائي ثانيا ويختفي المجال المغناطيسي. ولكن بعض الحبيبات تحافظ على اتجاه مغناطيسيتها الذاتية بسبب معوقات في المادة، مما يجعل قلب الملف يبدي شيئا من المغناطيسية الذاتية. تسمى تلك الظاهرة مقاومة مغناطيسية (حيث تقاوم المادة فقد مغناطيسيتها). ويمكن إزالة مغناطيسية الاستبقائية (الباقية) في حديد القلب عن طريق معالجته بمجال مغناطيسي معاكس .

أمثلة لمغناطيسات كهربائية

[[ملف:|100px|alt=|مغناطيس كهربائي في معجل جسيمات في فيرميلاب USA]]

مغناطيس كهربائي في معجل جسيمات في فيرميلاب USA

مغناطيس كهربائي في معمل فيزيائي (عام 1910)

مغناطيس مطياف الكتلة

عضوثابت في محرك كهربائي

مغناطيس جرس كهربائي

المجال المغناطيسي المتولد من تيار

تتناسب شدة المجال المغناطيسي المتولد من تيار كهربائي تناسبا طرديا مع عدد لفات N الملف ومع شدة التيار المار في السلك I, وبناء على ذلك يسمى حاصل الضرب N.I ووحدته (أمبير.لفة) قوة محركة مغناطيسية. فإذا افترضنا مغناطيسا كهربيا له دائرة مغناطيسي واحدة، يبلغ طول قلبها من المادة المغناطيسية L_core ، وطول الفتحة الهوائية (بين الملف ومادة قلب الملف) L_gap ، فيمن اختصار قانون أوم إلى الصيغة:

{\displaystyle NI=H_{\mathrm {core L_{\mathrm {core +H_{\mathrm {gap L_{\mathrm {gap \,

{\displaystyle NI=B\left({\frac {L_{\mathrm {core {\mu +{\frac {L_{\mathrm {gap {\mu _{0 \right)\qquad \qquad \qquad \qquad (1)\,

حيث

{\displaystyle \mu =B/H\,

{\displaystyle \mu _{0 =4\pi (10^{-7 )\ \mathrm {N \cdot \mathrm {A ^{-2

والأخيرة ${\displaystyle \mu _{0$

هي نفاذية الفراغ (أوبالتقريب نفاذية الهواء) للمغناطيسية. (الوحدات هنا N نيوتن وAأمبير).

تلك معادلة غير خطية حيث حتى نفاذية مادة قلب الملف μ تتغير هي نفسها بتغير شدة المجال المغناطيسي B. ولذلك يمكن حساب نتيجة المعادلة عن طريق تعيين جميع من μ لكل B من منحنى المغناطيسية. فإذا كانت شدة المجال المغناطيسي B غير معروفة فيجب حل المعادلة بالطرق الحسابية.

وإذا كانت القوة المحركة المغناطيسية معروفة في حالة التشبع المغناطيسي ، فلن تتغير القيمة NI بالمجال المغناطيسي تغييرا كبيرا. وفي دائر مغناطيسي مغلقة حيث لا توجد فتحة هوائية في قلب الملف تكون مادة القلب في حالة تشبع مغناطيسي وقد تصل القوة المحركة المغناطيسية نحو800 أمبير.لفة لكل متر من التدفق المغناطيسي. وتستخدم مواد لقلب الملف يصل نفاذيتها النسبية ${\displaystyle \mu _{r =\mu /\mu _{0 \approx 2000-6000\,$ .. وعلى ذلك فيصبح جزء المعادلة الثاني في المعادلة (1) هوالأكبر. ففي الدوائر المغناطيسية التي تحتوي على فتحة هوائية يفترض أن تغير شدة المجال على طول الفتحة الهوائية تغيرا كبيرا، وبالتالي فلنقد يكون لطول التدفق المغناطيسي في قلب الملف تأثير كبير.

مغناطيس التيار المتردد

في التيار المتردد تتغير شدة التيار دوريا من نهاية عظمى (مطال) تنخفض إلى الصفر (عند ربع طول الموجة) إلى نهاية صغرى (مطال معكوس الإشارة) ثم إلى الصفر ثم يصل ثانيا إلى النهاية العظمى التي بدأ منها، وبذلك تكون الدورة قد تمت. وتتكرر تلك الدورة للتيار المتردد (انظر الشكل). ونظرا لذلك التغير الذي تصل فيه قيمة التيار دوريا إلى الصفر في حالة التيار المتردد فلا بد من ضمان عمل المغناطيس المستمر خلال اللحظات الدورية التي لا يمر خلالها تيار في الملف .

تتطابق تياران مترددان مختلفي الطور. المحور الأفقي : الزمن، المحور الرأسي: شدة المجال المتولدة.

ويتم ذلك عن طريق استخدام ملف إضافي ينتج تيارا مترددا إضافيا ويكون في طور منزاحا عن طور التيار المتردد الأصلي، بحيث يتطابق التياران المترددان على بعضهما البعض، وتصبح للمحصلتهما دائما قيمة مختلفة عن الصفر (انظر الشكل، المنحنى الأسود). كما يمكن إجراء ذلك عن طريق استخدام تيار ثلاثي الأطوار وهوالنظام المتبع لتشغيل المحركات الكهربائية في القطارات والروافع وغيرها.

سريان تيار ثلاثي الأطوار للجهود U1, U2, U3

مواضيع ذات علاقة

قابلية مغناطيسية
تشبع مغناطيسي
الاستبقائيّة
مغناطيسية أرضية
مغناطيسية حديدية
مغناطيسية مسايرة
مغناطيسية معاكسة
فريمغناطيسية
قانون كوري
أورستد
جرس كهربائي

المراجع

^ Feynmann, Richard P. (1963). Lectures on Physics, Vol. 2. New York: Addison-Wesley. صفحات 36–9 to 36–11. ISBN تأكد من صحة |isbn= القيمة: invalid character (مساعدة). , eq. 36-26
↑ Fitzgerald, A. (1971). Electric Machinery, 3rd Ed. USA: McGraw-Hill. صفحات 3–5. ISBN تأكد من صحة |isbn= القيمة: length (مساعدة).