درسنامه آموزشی فیزیک (2) کلاس یازدهم تجربی با پاسخ فصل 3: پدیدهٔ القای الکترومغناطیسی
-
فیزیک (2)
- فصل 1: الکتریسیتۀ ساکن
- قسمت 1: بار الکتریکی
- قسمت 2: پایستگی و کوانتیده بودن بار الکتریکی
- قسمت 3: قانون کولن
- قسمت 4: میدان الکتریکی
- قسمت 5: میدان الکتریکی حاصل از یک ذرهٔ باردار
- قسمت 6: خطوط میدان الکتریکی
- قسمت 7: انرژی پتانسیل الکتریکی
- قسمت 8: پتانسیل الکتریکی
- قسمت 9: توزیع بار الکتریکی در اجسام رسانا
- قسمت 10: خازن
- قسمت 11: انرژی خازن
- فصل 2: جریان الکتریکی و مدارهای جریان مستقیم
- قسمت 1: جریان الکتریکی
- قسمت 2: مقاومت الکتریکی و قانون اهم
- قسمت 3: عوامل مؤثر بر مقاومت الکتریکی
- قسمت 4: نیروی محرکهٔ الکتریکی و مدارها
- قسمت 5: توان در مدارهای الکتریکی
- قسمت 6: ترکیب مقاومتها
- فصل 3: مغناطیس و القای الکترومغناطیسی
- قسمت 1: مغناطیس و قطبهای مغناطیسی
- قسمت 2: میدان مغناطیسی
- قسمت 3: نیروی مغناطیسی وارد بر ذرّۀ باردار متحرک در میدان مغناطیسی
- قسمت 4: نیروی مغناطیسی وارد بر سیم حامل جریان
- قسمت 5: میدان مغناطیسی حاصل از جریان الکتریکی
- قسمت 6: ویژگیهای مغناطیسی مواد
- قسمت 7: پدیدهٔ القای الکترومغناطیسی
- قسمت 8: قانون القای الکترومغناطیسی فاراده
- قسمت 9: قانون لنز
- قسمت 10: القاگرها
- قسمت 11: جریان متناوب
تا اینجا، با آثار مغناطیسی جریان الکتریکی آشنا شدید که در سال 1820 میلادی توسط اورستد کشف شد. در سال 1831 فاراده پس از آزمایشهای فراوان، مشاهده کرد که عبور آهنربا از یک پیچه، سبب برقراری جریان الکتریکی در پیچه میشود. این اثر که امروزه به قانون القای الکترومغناطیسی فاراده شناخته میشود، اساس کار مولدها تولید جریان الکتریکی است. در این این بخش، به بررسی القای نیروی محرکهٔ الکتریکی در یک مدار بسته خواهیم پرداخت. این پدیده را القای الکترومغناطیسی مینامند. با انجام آزمایش زیر با این پدیده بیشتر آشنا میشوید.
آزمایش 3-4
هدف: بررسی پدید القای الکترومغناطیسی
وسیلههای مورد نیاز: گالوانومتر، آهنربای میلهای، سیملوله یا پیچه و سیم رابط
شرح آزمایش:
- دو سر سیملوله را به گالوانومتر ببندید.
- یکی از قطبهای آهنربا را وارد سیملوله کنید (شکل زیر).
- مشاهدات خود را هنگام انجام این کار، یادداشت کنید.
- اکنون آهنربا را از سیملوله خارج کنید. مشاهدات خود را هنگام انجام این کار، دوباره یادداشت کنید.
- مراحل بالا را برای قطب دیگر آهنربا تکرار کنید.
- آزمایش را در حالی انجام دهید که آهنربا ثابت باشد و سیملوله به آن نزدیک یا از آن دور شود. آیا نتیجهٔ آزمایش تغییری میکند؟ توضیح دهید.
در سال 1831 میلادی مایکل فاراده دانشمند انگلیسی و تقریباً هم زمان با او جوزف هانری دانشمند امریکایی، با انجام آزمایشهایی مشابه آزمایش 3-4 دریافتند که هنگام دور و نزدیک کردن آهنربا به پیچه، عقربهٔ گالوانومتر منحرف میشود و عبور جریانی را از مدار نشان میدهد؛ درست مانند وقتی که در مدار، باتری وجود دارد (شکل 3-24). این پدیده را القای الکترومغناطیسی و جریان تولید شده را جریان الکتریکی القایی مینامند.

پیش از این دیدیم که با تغییر اندازه میدان در محل سیملوله، جریان در آن القا میشود. به جز این روش، به روشهای دیگری نیز میتوان در پیچه یا سیملوله، جریان الکتریکی القا کرد. اگر مساحت پیچهای انعطافپذیر را درون میدان مغناطیسی یکنواخت →B تغییر دهیم (شکل 3-26) یا پیچهای را درون میدان مغناطیسی یکنواخت →B بچرخانیم (شکل 3-25)، مشاهده میشود که در هنگام انجام این کارها، جریانی در پیچه القا میشود.


مایکل فاراده (1867-1791)
مایکل فاراده، پسر یک آهنگر انگلیسی بود. به گفتهٔ خود او: «تحصیلات من بسیار معمولی بود. خواندن را کمی بیشتر از حد مقدماتی و نوشتن و ریاضیات را در حد شاگرد یک مدرسهٔ روزانه میدانستم. ساعتهای خارج از مدرسهٔ من در خانه و خیابانها میگذشت» وی در سن 12 سالگی به عنوان شاگرد در یک کتاب فروشی مشغول به کار شد. فاراده 19 ساله بود که به او اجازه داده شد تا در جلسهٔ سخنرانی سِرهمفری دیوی، شیمیدان مشهور (1829-1778)، که در مؤسسهٔ سلطنتی لندن برگزار میشد، حضور یابد. مؤسسهٔ سلطنتی یک مرکز مهم پژوهش و آموزش علوم بود. فاراده به شدت علاقهمند علوم شد و پیش خود به تحصیل علم شیمی پرداخت.
در سال 1813 تقاضای شغلی در مؤسسهٔ سلطنتی کرد و دیوی او را به عنوان یک همکار در امور پژوهشی استخدام کرد. فاراده به زودی نبوغ خود را به عنوان یک آزمایشگر نشان داد. وی مقالههای مهمی در شیمی، خواص مغناطیسی، الکتریسیته و نور نوشت و سرانجام به عنوان رئیس مؤسسهٔ سلطنتی برگزیده شد. فاراده را به سبب کشفهای بسیارش یکی از بزرگترین دانشمندان تجربی عصر خود میدانند.