ما هو التدفق الكهربائي وما هي أبرز قوانينه

يظهر في الكتب والدراسات الفيزيائية الكثير من المصطلحات التي تثير عقولنا لمعرفتها ليؤدي إلى التساؤل عنا. ومن هذه المصطلحات مصطلح التدفق الكهربائي (magnetic flux density)

فما هو التدفق الكهربائي وما هي قوانينه؟ وما هي العوامل التي تؤثر فيه؟ لنتعرف سوياً على التدفق الكهربائي عن قرب.

إذا طُلب منك مرة أن تحسب عدد الخطوط المجال التي تخترق مساحة صفيحة معدنية موضوعة تحت مجال كهربائي

فقدرتك بإيجاد عدد هذه الخطوط لوحدة مساحة بشكل عامودي يسمى بالتدفق الكهربائي،

كما يعرف أيضاً بأنه حاصل ضرب مساحة السطح (A) بشدة المجال الكهربائي (E) العمودي على السطح كما يرمز للتدفق الكهربائي برمز (Φ).

كما في معادلة التالية:

التدفق الكهربائي = شدة المجال الكهربائي * مساحة السطح * جيب تمام الزاوية.

- حيث الزاوية هي الزاوية المحصورة بين خطوط المجال والخط العامودي على السطح.

- ومنها نستنتج أن قيمة التدفق العظمى تكون عندما تكون الزاوية تساوي صفراً والقيمة الصغرى وهي صفر عندما تكون الزاوية تساوي 90 درجة.
 
- إلى جانب ذلك إذا كانت قيمة المجال الكهربائي سالبة فهذا يعني أن خطوط المجال خارجة من السطح أما إذا كانت موجبة فهذا يعني أنها داخلة نحو السطح.

- وفي حال كان السطح مغلقاً فيمكن حساب التدفق الكهربائي (Magnetic Flux Density) من قانون غاوس والذي ينص على ما يلي:

- أن كمية الخطوط (qin) التي تخترق سطحا مغلق افتراضي (سطح غاوس) يساوي خارج قسمة المجموع الكلي للشحنة (εo) التي تقع داخل ذلك السطح على نفاذية الفراغ

- والذي يمكن أن يستفاد منه أيضاً في حساب شدة مجال الشحنات والأجسام المشحونة وذات لتماثل الجيد.


ويتأثر التدفق الكهربائي بعدةِ عواملٍ بإمكانها التغيير بقيمتهِ زيادةً أو نقصاناً منها:

1- المجال الكهربائي:

- حيث أن خطوط المجال أعدادها لا متناهية ولا يمكن حصرها إلا وأنها لها تأثير على قيمة التدفق الكهربائي.

- فشدة المجال المغناطيسي تتناسب طردياً مع التدفقِ الكهربائي فكلما زاد لدينا المجال الكهربائي أي عدد الخطوط التي تخترق مساحة سطح تكون أكبر.

2- مساحة السطح:

- يتناسب مساحة السطح المعرض للمجال الكهربائي تناسباً طردياً مع قيمةِ التدفقِ الكهربائي كلما زادت مساحة السطح كلما ارتفعت قيمة التدفق الكهربائي.

3-زاوية ميلان الخطوط:

- أما جيب تمام زاوية ميلان الخطوط عن الخط العمودي على السطح تتناسب طردياً مع قيمةِ التدفق الكهربائي.

- والآن لنطرح المثال الآتي لحساب التدفق الكهربائي:

مثال (1):

لدينا مستطيل بمساحة 2 م 2 موضوع تحت تأثير مجال مغناطيسي بمقدار 4 نيوتن/كولوم

في الحالات الثلاثة الآتية:

الحالة الأولى:

الجسم عامودي على خطوط المجال.

التدفق الكهربائي = شدة المجال * مساحة السطح * جيب تمام الزاوية المحصورة
التدفق الكهربائي = 4*2*جيب الزاوية (0)
التدفق الكهربائي = 8 (نيوتن. م 2/كولوم)

الحالة الثانية:

الجسم موازي لخطوط المجال.

التدفق الكهربائي = شدة المجال * مساحة السطح * جيب تمام الزاوية المحصورة
التدفق الكهربائي = 4*2*جيب الزاوية (90)
التدفق الكهربائي = صفر (نيوتن. م 2/كولوم)

الحالة الثالثة:

الجسم يشكل زاوية بمقدار 30 درجة بين خطوط المجال والسطع العمودي على السطح.

 التدفق الكهربائي = شدة المجال * مساحة السطح * جيب تمام الزاوية المحصورة
التدفق الكهربائي = 4*2*جيب الزاوية (30)
التدفق الكهربائي = 7 (نيوتن. م 2/كولوم)
 

ملاحظة (1):

الزاوية بين السطح العمودي على السطح والذي يرمز له بخط أسود متقطع واتجاه خطوط المجال الكهربائي

يساوي صفر لأنهم بنفس الاتجاه ومنطبقين على بعضهم البعض.

ملاحظة (2):

أن قيمة التدفق الكهربائي يتأثر طرديا مع جتا التمام الزاوية وعكسيا مع الزاوية حيث كلما زادت الزاوية قل جيب تمام الزاوية 

مما يؤدي نقصان في قيمة التدفق الكهربائي 

وذلك بعد تثبيت مساحة وشدة المجال الكهربائي لدراسة تأثير قيمة الزاوية على التدفق الكهربائي.