ما هو الحث

الحث هو عبارة عن مجال مغناطيسي يتولد حول موصل ويتناسب مع معدل التغير في المجال المغناطيسي لهذا الموصل أو

الملف

، وهذا التعريف يتم تطبيقه على الموصلات فقط، ويمكن تعريفه أيضًا باسم عملية التحريض ويتم التعبير عن الحث برمز L كما يتم قياسه بوحدة الهنري Henry وهي وحدة المحاثة.

يمكن تعريف وحدة المحاثة بأنها قيمة الحث المطلوبة لإنتاج قوة دافعة كهربية emf مقدارها 1 V داخل الموصل، وذلك عند تغير مقدار التيار المار به بمعدل 1A في الثانية الواحدة.

الحث وفقًا لقانون فاراداي

قام

العالم

فاراداي بوضع قانون للحث الكهرومغناطيسي، وينص هذا القانون على أنه عند تغير قيمة القوة الدافعة الكهربية emf لمعامل التدفق المغناطيسي يتم إحداث الحث المغناطيسي في

الدائرة

الكهربية. وتم التعرف واشتقاق مفهوم الحث باستخدام

قانون فاراداي

، ويتمّ تعريف الحث وفقًا لقانون فاراداي على أنه القوة الدافعة الكهربية التي تنتج من أجل مقاومة معدل التغير في التيار الكهربي المار في الموصل خلال وقت معين.

ففي حالة زيادة قيمة التيار المار في الموصل فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة ذاتيًا والتي تنتج في الملف تقاوم هذا الارتفاع، ويدل ذلك على أنها ستكون في عكس اتجاه الجهد المطبق في الملف.

وإذا كانت قيمة التيار المارة في الملف تتناقص، فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة سيكون اتجاهها معاكس لاتجاه سقوط التيار وفي نفس اتجاه الجهد المطبق في الملف.

إن الحث الذاتي الناتج في الملف وفقًا لـ

قانون لنز

لا يمكنه منع التغير في قيمة التيار المار، ولكنه يعمل على تأخير هذا التغير، كما أنّ هذا الحث يتولد في الملفات التي تعمل بالتيار المتردد لتقاوم تغيرها، ولكنها لا تؤثر على التيار المستمر أو الثابت المتدفق في الملف.[1]

وفقًا لقانون فاراداي فإن القوة الدافعة الكهربية تساوي:

Emf = -L (∆I / ∆t)
وتكون وحدة الحث وفقًا لهذا القانون هي Volt.Second / Ambere
وهذه

الوحدة

تعادل الهنري Henry ويرمز له بالرمز H

العوامل المؤثرة في الحث

يوجد مجموعة من العوامل التي تؤثر على الحث الناتج في الملف، ومن هذه العوامل ما يأتي:

عدد لفات سلك الموصل التي يتم استخدامه لتوصيل التيار في الملف.
المادة المصنوع منها قلب الملف أو المستخدمة فيه.
شكل قلب الملف.[2]

أنواع الحث

تم تقسيم الحث المغناطيسي إلى نوعين وهما:

الحث الذاتي ويعرف بالإنجليزية (Self Induction).
الحث المتبادل وبالإنجليزية (Mutual Induction) ولكل منهما خصائصه وصفاته التي يتميز بها.

مفهوم الحث الذاتي

Self Induction

هو عبارة عن تحريض يحدث في الملف الذي يتعرض لتغيير في التيار الكهربي المار به من أجل مقاومة هذا التغير في التيار المتدفق، وينشأ هذا الحث من القوة الدافعة الكهربية المستحثة الذاتية والتي تنتج في الملف بسبب تغيير التيار الكهربي المار خلاله.

حيثُ أنّه في حالة حدوث أي تغير في معدل التيار المار بالموصل أو المجال المغناطيسي في الملف، ينتج عنه قوة دافعة كهربية مستحثة ومعاكسة لاتجاه التيار من أجل معارضة هذا التغيير، ويطلق على هذه الظاهرة اسم الحث الذاتي، ويتناسب التيار المار في الدائرة تناسب طردي مع التدفق المغناطيسي، وذلك وفقًا للعلاقة التالية:

ϕ= I ϕ = L I

والرمز L يدل على معامل الحث الذاتي المتولد في الملف أو معامل الحث الذاتي.[3]

كما أنّ الحث الذاتي يعتمد على عدة عوامل ومنها النفاذية النسبية المادة وعدد دورات الملف ومنطقة المقطع العرضي في الملف، ويمكن التعبير عن معدل التغير في التدفق المغناطيسي داخل الملف بأحد العلاقات الآتية:

e = – dϕ / dt = – d(LI) / dt
e = – L dI / dt
ومعادلة الحث الذاتي أو معامل الحث الذاتي هي: L=N (ϕ / I)

ويدل كل رمز من الرموز المذكورة في العلاقات السابقة بما يأتي:

الرمز

L هو معامل الحث الذاتي في الملف ويتم قياسه بوحدة Henry
N هو عدد دورات الملف.
Φ يدل على التدفق المغناطيسي للملف.
I هو التيار المار في الدائرة ووحدة قياسه هي الأمبير A.

أساسيات الحث الذاتي

عند مرور التيار الكهربي في الملف فإنه ينتج عنه مجال مغناطيسي على طول الموصل ويظل حتى يخرج منه ويرتبط بدائرة أخرى، كما أنّ هذا المجال يقترن بالدائرة التي ينشأ منها أيضًا.

ويكون المجال المغناطيسي على شكل حلقات لها مركز واحد من التدفقات المغناطيسية المحيطة بالسلك، وأكبر حلقة من الحلقات هي التي تنضم مع الحلقات الأخرى ويتيح ذلك الارتباط الذاتي في الملف. ويؤدي التغير في معدل التيار المار بالأسلاك يؤدي إلى إنتاج جهد في جميع الحلقات ويرجع ذلك إلى الحث الذاتي الموجود بالملف.

خصائص الحث الذاتي

يتميز الحث الذاتي بمجموعة من الخصائص حيثَ تكون قيمته عالية عندما يكون التدفق المغناطيسي أقوى من قيمة التيار المار بالدائرة، وتعتمد قيمته على عدد دورات الملف والمادة المستخدمة في القالب

من تطبيقات قانون لنز

، كلما تزداد قيمة القوة الدافعة الكهربية المستحثة فإن معدل تغيير التيار تكون أقل، كما أنّ وحدة معامل الحث الذاتي Henry تكافئ أيضًا (Weber / Amber).

تكون قيمة الحث الذاتي في الملف اللولبي كبيرة لأنّه يتكون من عدد لفات، عند مرور التيار في الملف ينشأ حث ذاتي حول كل لفة مما يزيد من القيمة الكلية للحث الذاتي.

الفرق بين الحث الذاتي والحث المتبادل

يختلف الحث الذاتي عن الحث المتبادل في العديد من الأشياء، وإليكم مقارنة لتوضيح الفرق بينهما، كالتالي:

الحث الذاتي

هو سمة من سمات الملف نفسه، عند انخفاض قيمة التيار الرئيسي المار في الملف ينتج تيار مستحث لمقاومة هذا النقص الناشئ في الملف، عند زيادة التيار الرئيسي المار في الملف ينشأ تيار مستحث لمعارضة هذه الزيادة.

الحث المتبادل

هو أحد سمات زوج من الملفات وليس ملف واحد فقط، وينشأ في الملف اللولبي أيضًا، عندما ينخفض التيار الرئيسي في الملف ينشأ تيار مستحث في الملف الذي يجاوره لتحليل التيار الذي تم تغييره، في حالة زيادة التيار الرئيسي في أحد الملفات ينشأ في الملف الآخر تيار مستحث ليعارض هذه الزيادة ويقوم بتحليله.

أمثلة على الحث الذاتي والحث المتبادل

المثال الأول

من

مسائل على قانون لنز

لديك ملف لولبي يتكون من 500 لفة، تمّ لفها على قالب حديدي النفاذية النسبية له تساوي 800، وطول هذا الملف هو 40 سم، ونص قطره 3 سم، تم تغيير التيار من صفر وحتى 3 أمبير، ما هو متوسط القوة الدافعة الكهربية المستحثة نتيجة هذا التغيير إذا علمت أن هذا التغيير لمدة 0.4 ثانية؟[4]

المعطيات

عدد اللفات = 500 لفة، النفاذية النسبية = 800، نصف القطر = 3 سم، طول الملف = 40 سم = 0.4m، التغير في التيار = 3-0= 3 أمبير، والتغير في الزمن = 0.4 ثانية.
الحل:- نقوم بحساب معامل الحث الذاتي باستخدام القانون التالي: L = μN2Al = μ0 μr N2 𝜋 r2 / l
وبالتعويض بالقيم المعطاة تكون قيمة الحث الذاتي للملف تساوي 1.77H.
ويمكننا

حساب

متوسط القوة الدافعة الكهربية المستحدثة، بالعلاقة التالية: ε = L di/dt
وبالتعويض تكون قيمة هذه القوة تساوي 13.275V