قانون فارادي Faraday’s Law: درسنا في المحاضرات السابقة كيفية الحصول على مجال مغناطيسي من تيار يمر في اشكال مختلفة من السلك، وتجدر الاشارة هنا إلى التساؤل هل يمكن الحصول على تيار كهربي من المجال المغناطيسي. وهذا ما تم الإجابة عنه كل من العالمين مايكل فارادي البريطاني وجوزيف هنري الامريكي حيث اكتشف قانون فارادي عام 1831 بعد أن قام كل من العالمين بعدة تجارب ادت إلى نتائج متشابهة وهي ما تعرف بقانون فارادي للحث Faraday’s law of induction. والتي من خلالها يمكن الحصول على تيار كهربي من المجال المغناطيسي.
لوحظ أنه عند اقتراب مغناطيس من الدائرة المبينة في الشكل يتحرك مؤشر الجلفانومتر وعند ثبوت المغناطيس يعود مؤشر الجلفانومتر إلى الصفر أما عند سحب المغناطيس في الاتجاه المعاكس ينحرف مؤشر الجلفانومتر في الاتجاه الأخر مما يشر إلى مرور تيار كهربي في الدائرة عند حركة المغناطيس يعرف هذا التيار بالتيار الحثي Induced Current وهو ناشئ من قوة دافعة كهربية Induced Electromotive Force.
في تجربة أخرى مبينة في الشكل نلاحظ عند لحظة اغلاق مفتاح الدائرة الكهربية ولحظة فتح الدائرة الكهربية مرور تيار في الدائرة الثانوية، وهذا يعود إلى انه في حالة فتح الدائرة الكهربية أو اغلاقها لفإن التيار يتغير بين القيمة صفر واقصى قيمة مما يؤدي إلى تغيير في المجال المغناطيسي المتولد في الملف على الجانب الأيسر للدائرة وهذا يؤدي إلى تيار كهربي يمر في الدائرة الثانوية.
والسؤال الآن ما هو السبب في التيار الحثي الذي ينشأ بواسطة التغيير في المجال المغناطيسي؟
من الملاحظات العملية على التجارب سابقة الذكر نستنتج أن القوة الدافعة الكهربية في الدائرة يتناسب طردياً مع المعدل الذمني للتغير في الفيض المغناطيسي خلال الدائرة.
أي أن
Faraday’s Law of Induction 
حيث أن Fm هي الفيض المغناطيسي المار خلال الدائرة الكهربية. والتي تحسب من القانون التالي:
في حالة تكون الدائرة الكهربية من عدة لفات N فإن قانون فارادى للحث يصبح في الصورة التالية:
ولتغيير الفيض المغناطيسي يمكن استخدام عدة طرق وهي:
- تغيير المجال المغناطيسي.
- تغيير مساحة الدائرة الكهربية.
- تغير الزاوية بين متجه المساحة العمودي على المساحة ومتجه المجال المغناطيسي.
سيتم توضيح المعنى الفيزيائي للأشارة السالبة في المحاضرة القادمة.
القوة الدافعة الكهربية المستحثة The Induced emf
عند تحريك قطعة مستقيمة من موصل طولها l بسرعة منتظمة v في مجال مغناطيسي B داخل على الصفحة كما في الشكل المقابل يحدث التسلسل التالي:
- تتولد قوة مغناطيسية F=qv x B داخل مادة الموصل.
- تعمل القوة المغناطيسية المتولدة على تحريك الشحنات بحيث تتراكم الشحنات الموجبة في طرف والشحنات السالبة في الطرف الآخر.
- ينشأ مجال كهربي شدته E نتيجة تراكم الشحنات.
- ينشأ المجال الكهربي قوة كهربية تعمل في عكس اتجاه القوة المغناطيسية.
- تتوقف الشحنات عن الحركة إلى اطراف الموصل نتيجة لتساوي القوة الكهربة مع القوة المغناطيسية.
Fe = qE & Fm = qvB
Fe = Fm
qE = qvB
E = vB
يمكن التعبير عن الجال الكهربي بفرق الجهد الكهربي V حيث V=EL
V = B L v
يبقى فرق الجهد بين طرفي الموصل طالما هناك حركة للموصل في المجال المغناطيسي.
كيف ينشئ التيار الحثي Induced Current
إذا افترضنا ان الموصل ضمن دائرة كهربية كالموضحة في الشكل المقابل وحركة الموصل تؤدي إلى تغير في الفيض المغناطيسي مع الزمن لأن المساحة المحصورة بالدائرة الكهربية تتغير مع حركة الموصل.
تحت تأثير قوة خارجية Fapp يتحرك الموصل بسرعة v، ومرة أخرى تتأثر الشحنات الحرة داخل مادة الموصل بالقوة المغناطيسية F=qv x B ولكن في هذه الحالة سوف لا تتراكم على طرفي الموصل بل ستتحرك خلال الدائرة الكهربية. وحركة الشحنة تعني تيار كهربي يسري في الدائرة ناتج عن تغيير الفيض المغناطيسي بتغيير المساحة xL.
Fm = B A
Fm = B L x
e = – dFm/dt = – d/dt ( B L x) = – B L dx/dt
يمكن ايجاد قيمة التيار الكهربي Induced current كما يلي:
كما يمكن ايجاد القدرة Power المبذولة بواسطة القوة الخارجية كما يلي:
