الکترومغناطیس

الکترو مغناطیس – آهنرباهای دائمی یک میدان مغناطیسی ساکن خوب و گاهی بسیار قوی ایجاد می کنند.

در آموزش مغناطیس ما به طور خلاصه به این موضوع پرداختیم که چگونه آهنرباهای دائمی یک میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد می کنند.

الکترو مغناطیس – آهنرباهای دائمی یک میدان مغناطیسی ساکن خوب و گاهی بسیار قوی ایجاد می کنند.

در برخی کاربردها قدرت این میدان مغناطیسی هنوز خیلی ضعیف است یا باید بتوانیم مقدار شار مغناطیسی موجود را کنترل کنیم.

بنابراین برای تولید میدان مغناطیسی بسیار قوی تر و قابل کنترل تر، باید از الکتریسیته استفاده کنیم.

با استفاده از سیم پیچ‌هایی که به دور یک ماده مغناطیسی نرم مثلا یک هسته آهنی پیچیدن،

می‌توانیم میدان‌های الکترومغناطیس بسیار قوی برای استفاده در انواع مختلف کاربردهای الکتریکی تولید کنیم.

این استفاده از سیم پیچ ها باعث ایجاد رابطه ای بین الکتریسیته و مغناطیس می شود که شکل دیگری از مغناطیس به نام الکترومغناطیس را به ما می دهد.

الکترومغناطیس زمانی ایجاد می شود که جریان الکتریکی از یک هادی ساده مانند طول سیم یا کابل عبور کند و با عبور جریان از کل هادی، میدان مغناطیسی در امتداد کل هادی ایجاد شود.

میدان مغناطیسی کوچک ایجاد شده در اطراف هادی دارای جهت مشخصی است که هر دو قطب “شمال” و “جنوب” تولید شده توسط جهت جریان الکتریکی که از هادی عبور می کند تعیین میگردد.

بنابراین، لازم است بین جریان عبوری از هادی و میدان مغناطیسی حاصله که در اطراف آن توسط این جریان  ایجاد می‌شود،

رابطه برقرار کنیم تا بتوانیم رابطه‌ای را که بین الکتریسیته و مغناطیس وجود دارد به شکل الکترومغناطیس تعریف کنیم.

ما ثابت کرده‌ایم که وقتی جریان الکتریکی از یک هادی عبور می‌کند، یک میدان الکترومغناطیس دایره‌ای در اطراف آن ایجاد می‌شود که خطوط شار مغناطیسی حلقه‌های کاملی را تشکیل می‌دهند که در کل طول هادی عبور نمی‌کنند.

جهت چرخش این میدان مغناطیسی توسط جهت جریان عبوری از هادی کنترل می شود که میدان مغناطیسی مربوطه در نزدیکی مرکز هادی حامل جریان قوی تر است.

این به این دلیل است که طول مسیر حلقه ها هر چه از هادی دورتر باشد بیشتر است و در نتیجه خطوط شار ضعیف تر مانند شکل زیر ایجاد می شود.

میدان مغناطیسی اطراف یک رسانا

یک راه ساده برای تعیین جهت میدان مغناطیسی اطراف هادی این است که یک پیچ چوبی معمولی را در یک صفحه کاغذ بچسبانید.

با ورود پیچ به کاغذ، عمل چرخش در جهت عقربه های ساعت است و تنها قسمتی از پیچ که در بالای کاغذ قابل مشاهده است، سر پیچ است.

اگر پیچ چوب از طرح سر پوزیدریو یا فیلیپس باشد، ضربدر روی سر قابل دیدن است و این ضربدر است که برای نشان دادن جریان “به داخل” کاغذ و دور از ناظر استفاده می شود.

به همین ترتیب، عمل برداشتن پیچ برعکس، خلاف جهت عقربه های ساعت است.

همانطور که جریان از بالا وارد میشه، بنابراین از قسمت زیرین کاغذ خارج گردیده و تنها قسمتی از پیچ چوبی

که از پایین قابل دیدن است نوک یا نقطه پیچ است و این نقطه است که برای نشان دادن جریان “بیرون از” کاغذ و به سمت ناظر استفاده میشود.

سپس عمل فیزیکی پیچاندن پیچ چوب به داخل و خارج کاغذ نشان دهنده جهت جریان در هادی و در نتیجه جهت چرخش میدان الکترومغناطیسی به دور آن مطابق شکل زیر است.

این مفهوم به طور کلی به عنوان قانون دست راست شناخته می شود.

قانون دست راست

میدان مغناطیسی به معنای وجود دو قطب شمال و جنوب است.

قطبیت یک هادی حامل جریان را می توان با رسم حروف بزرگ S و N و سپس اضافه کردن سر فلش ها به

انتهای آزاد حروف، همانطور که در بالا میبینید، تعیین کرد که یک نمایش بصری از جهت میدان مغناطیسی است.

مفهوم آشناتر دیگری که هم جهت جریان عبوری و هم جهت حاصل از شار مغناطیسی را در اطراف هادی تعیین می کند “قانون دست چپ” نام دارد.

جهت تشخیص میدان مغناطیسی از قطب شمال تا قطب جنوب بر مبنای قانون دست چپ است.

این جهت را می توان با نگه داشتن هادی حامل جریان در دست چپ با انگشت شست که در جهت جریان الکترون از منفی به مثبت اشاره می کند، استنباط کرد.

قانون دست چپ در الکترو مغناطیس

موقعیت انگشتان قرار گرفته در سراسر و اطراف هادی اکنون در جهت خطوط نیروی مغناطیسی تولید شده مطابق شکل است.

اگر جهت الکترونی که در رسانا جریان دارد معکوس شود، دست چپ باید در سمت دیگر رسانا قرار گیرد و انگشت

شست در جهت جدید جریان الکترون باشد.

همچنین با معکوس‌شدن جریان، جهت میدان‌مغناطیسی تولید‌شده در اطراف هادی نیز معکوس خواهد‌شد،

زیرا همانطور که قبلاً گفتیم، جهت میدان مغناطیسی به جهت جریان جریان بستگی دارد.

این “قانون دست چپ” همچنین می تواند برای تعیین جهت مغناطیسی قطب ها در یک سیم پیچ الکترومغناطیسی استفاده شود.

این بار، انگشتان در جهت جریان الکترون از منفی به مثبت اشاره می کنند در حالی که شست باز شده جهت قطب شمال را نشان می دهد.

یک تغییر در این قانون وجود دارد به نام “قانون دست راست” که بر اساس جریان معمولی (مثبت به منفی) است.

زمانی را در نظر بگیرید که یک تکه سیم مستقیم مانند شکل زیر به شکل یک حلقه خم می شود.

اگرچه جریان الکتریکی در تمام طول هادی سیم در یک جهت جریان دارد، اما در جهت مخالف در کاغذ جریان خواهد داشت.

این به این دلیل است که جریان از یک طرف کاغذ را ترک می کند و از طرف دیگر وارد کاغذ می شود،

بنابراین یک میدان در جهت عقربه های ساعت و یک میدان خلاف جهت عقربه های ساعت در کنار یکدیگر در سراسر ورق کاغذ ایجاد می شود.

فضای حاصل بین این دو رسانا به یک میدان مغناطیسی “تشدید” تبدیل می شود که خطوط نیرو به گونه ای پخش می شوند

که شکل آهنربای میله ای را به خود می گیرند که قطب شمال و جنوب متمایز را در نقطه تقاطع ایجاد می کند.

الکترومغناطیس حول یک حلقه

جریانی که از دو هادی موازی حلقه میگذره در جهت مخالفن چون جریان در حلقه از سمت چپ خارج شده و به سمت راست بر می گرده.

این باعث می شود که میدان مغناطیسی اطراف هر رسانا در داخل حلقه در جهت “یکسان” نسبت به یکدیگر باشد.

خطوط نیروی حاصله که توسط جریان عبوری از حلقه ایجاد می‌شود، در فضای بین دو هادی که در آن دو قطب

مشابه به هم می‌رسند، در مقابل یکدیگر قرار می‌گیرند و در نتیجه خطوط نیروی اطراف هر رسانا را مطابق شکل، تغییر شکل می‌دهند.

با این حال، اعوجاج شار مغناطیسی بین دو رسانا منجر به شدت میدان مغناطیسی در محل اتصال میانی می‌شود

که خطوط نیرو به هم نزدیک‌تر می‌شوند.

برهمکنش حاصل بین این دو میدان مشابه، نیروی مکانیکی بین دو رسانا ایجاد می کند که سعی می کنند از یکدیگر دور شوند.

در یک ماشین الکتریکی، دفع این دو میدان مغناطیسی باعث ایجاد حرکت می شود.

با این حال، از آنجایی که هادی ها نمی توانند حرکت کنند، بنابراین دو میدان مغناطیسی با ایجاد یک قطب شمال

و یک قطب جنوب در امتداد این خط برهمکنش به یکدیگر کمک می کنند.

این باعث می شود که میدان مغناطیسی در وسط بین دو رسانا قوی ترین باشد.

شدت میدان مغناطیسی اطراف هادی متناسب با فاصله از هادی و مقدار جریانی است که از آن می گذرد.

میدان مغناطیسی تولیدی در اطراف طول مستقیم سیم حامل جریان، حتی با عبور جریان زیاد از آن بسیار ضعیف است.

با این حال، اگر چندین حلقه از سیم در امتداد یک محور به هم بپیچند و سیم پیچی تولید کنند،

میدان مغناطیسی حاصل حتی از میدان مغناطیسی فقط یک حلقه متمرکزتر و قوی تر می شود.

این یک سیم پیچ الکترو مغناطیس تولید می کند که معمولاً به آن سلونوئید می گویند.

سپس هر طول سیم اثر الکترو مغناطیس در اطراف خود دارد وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می کند.

جهت میدان مغناطیسی به جهت جریان بستگی دارد.

ما می توانیم قدرت میدان مغناطیسی تولید شده را با شکل دادن طول سیم به یک سیم پیچ افزایش دهیم و در آموزش بعدی این اثر را با جزئیات بیشتری بررسی خواهیم کرد.

منبع : کلیک