ما هي حاسبة القوة الدافعة الكهربائية بقانون فاراداي؟
تحسب هذه الأداة القوة الدافعة الكهربائية (ق.د.ك) المُستحَثة في ملف اعتمادًا على قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي. فعندما يتغيّر الفيض المغناطيسي المار عبر الملف مع مرور الزمن، يتولّد جهد كهربائي مستحَث عبر الملف. وكلما كان تغيّر الفيض أسرع وزاد عدد لفات السلك في الملف، ازدادت القوة الدافعة الكهربائية المُستحَثة. هذه الحاسبة تقوم على فيزياء عامّة لا ترتبط ببلد معيّن، فهي صالحة في أي مكان وتعتمد وحدات النظام الدولي (SI).
طريقة الاستخدام
أدخِل ثلاث قيم: عدد لفات الملف (\(N\))، ومقدار تغيّر الفيض المغناطيسي \(\Delta\Phi\) بوحدة الويبر (Wb)، والفترة الزمنية \(\Delta t\) بالثواني التي يحدث خلالها هذا التغيّر. تُظهِر لك الحاسبة القوة الدافعة الكهربائية المُستحَثة بالفولت، ومقدارها المطلق، ومعدّل تغيّر الفيض. أما الإشارة السالبة فتعكس قانون لِنز: فالقوة الدافعة المُستحَثة تعارض التغيّر في الفيض الذي ولّدها.
شرح المعادلة
المعادلة الأساسية هي $$\varepsilon = -\,\text{N} \cdot \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$ هنا يكون \(N\) عددًا مجرّدًا (عدد اللفات بلا وحدة)، ويُقاس \(\Delta\Phi\) بالويبر، و\(\Delta t\) بالثواني. وقسمة تغيّر الفيض على الزمن تعطي معدّل التغيّر بوحدة ويبر/ثانية (Wb/s)، وهو يساوي عدديًا الفولت لكل لفة. وبضرب الناتج في \(N\) (مع الإشارة السالبة) نحصل على إجمالي الجهد المُستحَث. أما الفيض المغناطيسي نفسه فيُعطى بالعلاقة \(\Phi = B \cdot A \cdot \cos\theta\)، أي إن تغيير شدّة المجال \(B\) أو مساحة الحلقة \(A\) أو زاوية الاتجاه \(\theta\) يغيّر الفيض ويمكن أن يولّد قوة دافعة كهربائية.
مثال محلول
ملف يتألّف من 100 لفّة يتعرّض لتغيّر في الفيض مقداره 0.5 ويبر خلال 0.1 ثانية. يكون معدّل التغيّر $$\frac{0.5}{0.1} = 5 \text{ ويبر/ثانية}$$ ومن ثمّ تكون القوة الدافعة الكهربائية المُستحَثة $$\varepsilon = -100 \times 5 = -500 \text{ فولت}$$ أي بمقدار مطلق يساوي 500 فولت. والإشارة السالبة تدلّ فقط على الاتجاه (المعارضة)، فالملف يولّد فعليًا 500 فولت.
الأسئلة الشائعة
لماذا يكون الناتج سالبًا؟ تأتي الإشارة السالبة من قانون لِنز، إذ تعمل القوة الدافعة المُستحَثة على معارضة التغيّر في الفيض. أما المقدار المطلق فهو الذي يدلّ على قيمة الجهد الفعلية.
ما وحدة الفيض المغناطيسي؟ هي الويبر (Wb)، التي تساوي تسلا واحدًا مضروبًا في متر مربّع واحد (\(\text{T}\cdot\text{m}^2\))، أو فولت-ثانية واحدة.
ماذا لو كان الفيض ثابتًا؟ إذا كان \(\Delta\Phi\) يساوي صفرًا، فلا تتولّد أي قوة دافعة كهربائية. فالحث يتطلّب وجود فيض متغيّر.
