مختبر الكهرومغناطيسية – الحث والمحول والمولد

ماذا تعرض

يحدث الحث الكهرومغناطيسي كلما تغيّر الفيض المرتبط بملف: يعطي قانون فاراداي القوة الدافعة الكهربائية المستحثة بوصفها معدل تغير الربط الفيضي، ويحدد قانون لنز اتجاهها. تبني الشاشات هذه الفكرة تدريجيًا من مغناطيس قضيبي، مرورًا بملف الالتقاط والمغناطيس الكهربائي والمحول، وصولًا إلى المولدات. في مولد الملف الدوار يكون الربط الفيضي NΦ = NBA cos ωt والقوة الدافعة الكهربائية ε = NBAω sin ωt مختلفين في الطور بمقدار 90°؛ تعطي الحلقتان المنزلقتان تيارًا مترددًا، ويعطي المبدّل تيارًا مستمرًا متغير الشدة. وتختبر شاشة ملف البحث تناسب القيمة العظمى للقوة الدافعة مع cos θ. المجالات مثالية ولا يُسحب أي تيار.

طريقة الاستخدام

اختر شاشة من التبويبات. في «المولد» اختر «نوع المولد»: يرسم نوعا الملف الدوار NΦ وε مع الزمن، فغيّر «عدد اللفات N» و«كثافة الفيض B» و«مساحة الملف A» و«السرعة الزاوية ω»، واضغط «إيقاف مؤقت» لقراءة القيم. في «ملف البحث» اضبط «الزاوية θ»، واختر «الكسب Y» الذي يُبقي الإشارة على الشاشة، واضغط «تسجيل»، وكرر ذلك عند عدة زوايا لرسم ε₀ مقابل cos θ.

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة المغناطيس القضيبي, ملف الالتقاط, المغناطيس الكهربائي, المحول, المولد, ملف البحث
• شدة المغناطيس (المغناطيس القضيبي، ملف الالتقاط) 0–100 %
• إظهار شبكة متجهات المجال المغناطيسي
• إظهار البوصلة (المغناطيس القضيبي)
• إظهار مقياس المجال (المغناطيس القضيبي)
• وحدات عرض المجال المغناطيسي غاوس (G), تسلا (T)
• عدد لفات ملف الالتقاط 1–8 لفة
• نصف قطر ملف الالتقاط 1.5–4 cm
• القطب الأيسر للمغناطيس (ملف الالتقاط) الشمالي (N) على اليسار, الجنوبي (S) على اليسار
• المؤشر (ملف الالتقاط) مصباح, فولتميتر
• عدد لفات المغناطيس الكهربائي 1–8 لفة
• نوع مصدر التغذية (المغناطيس الكهربائي) تيار مستمر (DC), تيار متردد (AC)
• جهد المصدر المستمر -6–6 V
• سعة المصدر المتردد (المغناطيس الكهربائي) 0–6 V
• تردد المصدر المتردد (المغناطيس الكهربائي) 0.1–1 Hz
• قلب حديدي (المغناطيس الكهربائي)
• عدد لفات الملف الابتدائي (المحول) 2–10 لفة
• عدد لفات الملف الثانوي (المحول) 2–16 لفة
• سعة الجهد الابتدائي U1 (المحول) 1–6 V
• تردد المصدر المتردد (المحول) 0.1–1 Hz
• مؤشر الملف الثانوي (المحول) مصباح, فولتميتر
• تدفق الماء (المولد) 0–100 %
• عدد لفات الملف (المولد) 1–6 لفة
• شدة المغناطيس (المولد) 20–100 %
• المؤشر (المولد) مصباح, فولتميتر
• نوع المولد (المولد) مغناطيس دوار يديره الماء, ملف دوار مع حلقتين منزلقتين (AC), ملف دوار مع مبدّل ذي حلقة مشقوقة (DC)
• عدد اللفات N (المولد، الملف الدوار) 10–200 لفة
• كثافة الفيض المغناطيسي B (المولد، الملف الدوار) 0.05–0.5 T
• مساحة الملف A (المولد، الملف الدوار) 10–100 cm²
• السرعة الزاوية ω (المولد، الملف الدوار) 1–12 rad/s
• الزاوية θ بين محور ملف البحث والمجال (ملف البحث) 0–90 °
• عدد لفات ملف البحث N 500–5000 لفة
• القيمة الفعالة لتيار ملف المجال I (ملف البحث) 0.5–3 A
• تردد التيار المتردد f (ملف البحث) 10–100 Hz
• الكسب Y لراسم الذبذبات (ملف البحث) 0.01 V/div, 0.02 V/div, 0.05 V/div, 0.1 V/div, 0.2 V/div, 0.5 V/div

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا تكون القوة الدافعة الكهربائية صفرًا في اللحظة التي يكون فيها الربط الفيضي عبر الملف الدوار أكبر ما يمكن؟
2. كيف تؤثر مضاعفة السرعة الزاوية ω في القيمة العظمى للقوة الدافعة الكهربائية وفي الزمن الدوري للخرج؟
3. أي منحنى لقراءات ملف البحث يبيّن أن القيمة العظمى للقوة الدافعة الكهربائية تتناسب مع cos θ؟