قانون لنز في الحث الكهرومغناطيسي Lenz’s Law of Electromagnetic Induction .

عندما نتكلم عن الحث المغناطيسي فإننا نقصد بذلك خلق تيار كهربائي في دارة كهربائية معينة إنطلاقا من تغير في تدفق المجال المغناطيسي الخارجي . يُحسب تدفق المجال المغناطيسي حسب القاعدة التالية : φ = ∫ B.dS وهنا نلاحظ أن تغير التدفق φ يعتمد على متغيرين إثنين، الاول هي المساحة S التي تدخل عبرها خطوط المجال المغناطيسي وثانيا شدة المجال المغناطيسي B ، في حالتنا هذه سوف نأخد مساحة ثابتة ونقتصر على تغيير المجال المغناطيسي لتغيير التدفق عبر تلك المساحة الثابتة ، وهنا تصبح العلاقة بين المجال المغناطيسي والتدفق علاقة طردية وتصبح المساحة S عبارة فقط عن ثابت . تعتبر المساحة هنا التي تدخل عبرها خطوط المجال عبارة عن سلك معدني من النحاس ملفوف على شكل دائرة نسميه “لَفَّة” . تصبح علاقة التدفق بعدما اصبحت المساحة ثابتة على الشكل التالي : φ = B.S

عندما نتكلم عن خلق تيار كهربائي فإننا نعني بذلك جعل الالكترونات الحرة التي تتوفر عليها الطبقات الخارجية لذرات السلك المعدني تتحرك بسرعة داخل السلك المعدني من جهة … ومن جهة أخرى فإن أي تيار كهربائي يمكنه هو الآخر خلق مجال مغناطيسي آخر ! يعني في حالتنا هذه سوف يكون عندنا مجال مغناطيسي خارجي B يخلُقُه المغناطيس ثم مجال مغناطيسي مستحث آخر B(ind) سوف يخلقه التيار الكهربائي المستحث في الدارة أو اللفة المعدنية . يعني المجال المغناطيسي الخارجي المتغير سوف يخلق تيار كهربائي في اللفة المعدنية والتيار الكهربائي المُخلق في اللفة المعدنية سوف يخلق هو الآخر مجال مغناطيسي آخر يسمى المجال المغناطيسي المستحث . أتمنى أن تفهم جيدا ما اتكلم عنه واذا تعسر عليك الفهم اعد قراءة الفقرة السابقة أكثر من مرة حتى تستوعب ماذا أعني ثم بعد ذلك انتقل الى الفقرة التالية !

الالكترونات التي توجد في السلك المعدني الملفوف لا تريد اي تغير في خطوط المجال المغناطيسي عبر المساحة التي يَحُدها السلك ، أي لا ترغب في إزدياد قيمته او نقصانها واي محاولة لزيادة أو نقصان قيمة المجال عبر المساحة فإن الالكترونات سوف تبدأ بالتحرك لمقاومة هذا التغير لأنه يعتبر إزعاج لها. هنا اللفة ( spire) ساكنة وسوف نعمل على تقريب المغناطيس نحوها بسرعة كما هو موضح في الصورة.

عند محاولتنا تقريب المغناطيس من اللفة المعدنية فإن شدة المجال المغناطيسي الخارجي B تتزايد قيمتها داخل مساحة اللفة كلما إقتربنا أكثر فأكثر ، مما سيجعل إلكترونات السلك المعدني (اللفة) تتحرك في اتجاه معين بحيث تحاول اهمال شدة المجال المغناطيسي الخارجي المتزايدة عبر المساحة التي يحدها السلك المعدني ، و تحرك هذه الالكترونات داخل السلك هو نفسه التيار الكهربائي المستحث بوسطة شدة المجال المغناطيسي المتغير داخل اللفة ! وهكذا تم خلق تيار كهربائي داخل السلك المعدني عبر مجال مغناطيسي خارجي B متغير ، لكن كما قلنا فإن المنحى الذي سوف يدور فيه هذا التيار ليس عشوائيا بل سوف يدور بحيث يخلق مجال مغناطيسي آخر يسمى مجال مغناطيسي مستحث B(ind) و دَوْرُ هذا المجال المغناطيسي المستحث هو إهمال القيمة المتزايدة للمجال المغناطيسي الخارجي عبر مساحة اللفة . إذن المجال المغناطيسي المستحث B(ind) الذي سوف يخلُقُه التيار الكهربائي المتحرك داخل السلك المعدني سوف يكون ذو منحى معاكس للمجال المغناطيسي الخارجي B. وكذلك نفس الشيء يقع اذا كان المغناطيس يبتعد عن اللفة المعدنية فإن شدة المجال المغناطيسي الخارجي B تبدأ بالتناقص عبر مساحة اللفة مما يجبر الالكترونات على محاولة قتل هذا التناقص في شدة المجال المغناطيسي الخارجي ، فتبدأ بالتحرك في في منحى معين بحيث تخلق مجال مغناطيسي مستحث B(ind) يعمل على تعويض النقص في شدة المجال المغناطيسي الخارجي ، هكذا يتم كذلك خلق التيار الكهربائي ولكن هذه المرة سوف يكون منحى المجال المغناطيسي المستحث في نفس منحى المجال المغناطيسي الخارجي .

إذن هل يمكن أن نقول أن الالكترونات واعية بما تفعل وتستطيع استشعار وجود مجال مغناطيسي متغير بطريقة ما ! هل الالكترونات تهاجم المجال المغناطيسي المتغير عبر المساحة التي يحدها السلك المعدني لِقتله ؟ الأمر ليس كذلك الالكترونات تستجيب للمجال المغناطيسي الخارجي المتغير فقط لأنها مشحونة و لوجودها في الطبقات الخارجية للذرات فهي تعتبر تقريبا حرة وليست لها رابطة قوية مع انوية الذرات . إذن أجهزة إستشعار الالكترونات للمجال المغناطيسي المتغير هي الشحنات الكهربائية التي تحملها. وطريقة الحث المغناطيسي هذه هي الطريقة نفسها التي يتم بها توليد التيار الكهربائي الذي نستعمله في حياتنا اليومية في محطات الطاقة الكهربائية حيث يستعمل الحث المغناطيسي على توليد التيار الكهربائي.

• ملاحظة 1 : حتى لا يرتبك الملاحظ للفة على الصورة فإن المكان الذي يوجد عليه الرقم واحد هو النصف الامامي للَّفة والمكان الذي يوجد عليه الرقم 2 هو الجزء الخلفي للفة .
• ملاحظة 2 : شرح قانون لينز كان على شكل سؤال في المقابلة الشفوية لمباراة الدخول الى مركز التحضير لإمتحان التخرج في مباراة التبريز

مصطلحات :
المجال المغناطيسي المستحث : the induced magnetic field
التيار الكهربائي المستحث : the induced electric current
الحث المغناطيسي : Magnetic induction

تحرير : شعيب المستعين