الممانعة المغناطيسية Magnetic Reluctance

ما هي الممانعة المغناطيسية؟

التعريف: يُعرّف العائق الذي توفره الدائرة المغناطيسية للتدفق المغناطيسي بالممانعة. كما هو الحال في الدائرة الكهربائية، هناك مقاومة بالمثل في الدائرة المغناطيسية، هناك “ممانعة”، لكن المقاومة في الدائرة الكهربائية تبدد الطاقة الكهربائية والمقاومة في الدائرة المغناطيسية تخزن الطاقة المغناطيسية. تعرَّف الممانعة المغناطيسية “المعروفة أيضًا باسم الممانعة (reluctance)، أو المقاومة المغناطيسية (magnetic resistance)، أو العازل المغناطيسي (magnetic insulator)”، على أنّها المقاومة التي تقدمها دائرة مغناطيسية لإنتاج التدفق المغناطيسي.

شرح الممانعة المغناطيسية:

إنّها خاصية المادة التي تعارض إنشاء تدفق مغناطيسي في دائرة مغناطيسية. في الدائرة الكهربائية، المقاومة تقاوم تدفق التيار في الدائرة وتبدد الطاقة الكهربائية. إنّ الممانعة المغناطيسية في الدائرة المغناطيسية تماثل المقاومة في الدائرة الكهربائية لأنّها تعارض إنتاج التدفق المغناطيسي في الدائرة المغناطيسية ولكنّها لا تؤدي إلى تبديد الطاقة بل تخزن الطاقة المغناطيسية.

أيضًا في الدائرة الكهربائية، يوفر المجال الكهربائي أقل مسار مقاومة للتيار الكهربائي. وبالمثل، يتسبب المجال المغناطيسي في أقل مسار لمقاومة التدفق المغناطيسي. الممانعة تتناسب طرديًا مع طول الدائرة المغناطيسية وتتناسب عكسيًا مع مساحة المقطع العرضي للمسار المغناطيسي. وهي كمية عددية ويشار إليها بالرمز (S). لاحظ أنّ الكمية العددية هي الكمية التي يتم وصفها بالكامل بالقدر “أو القيمة العددية” فقط. لا يوجد اتجاه مطلوب لتحديد الكمية العددية.

معادلة الممانعة المغناطيسية:

ممانعة القطعة المغناطيسية (Magnetic Bar)، رياضياً يمكن التعبير عنها بالمعادلة التالية:

S = l / μ₀ μ_r A

حيث:

l – طول المسار المغناطيسي بالأمتار (meters).

μ_{0 –} نفاذية الفضاء الحر (الفراغ)، وتساوي = (10^-7 × 4π) هنري / متر (Henry/meter).

μ_r–النفاذية النسبية للمادة.

A – منطقة المقطع العرضي للموصل، ويقاس بوحدة (m²).

وحدة (SI) الخاصة بها هي (AT / Wb) “أمبير-دوران / ويبر”. تتناسب ممانعة الدائرة المغناطيسية بشكل مباشر مع طول الموصل وتتناسب عكسياً مع منطقة المقطع العرضي للموصل. يُعرف مقلوب الممانعة المغناطيسية باسم النفاذية المغناطيسية. يتم إعطاؤها بالتعبير التالي:

Permeance (P) = 1 / Reluctance = 1 / R

الممانعة المغناطيسية في مجال التيار المستمر:

تعرَّف الممانعة في مجال التيار المستمر بأنّها نسبة القوة المحركة المغناطيسية (MMF) إلى التدفق المغناطيسي لنفس الدائرة. يتم التعبير عن الممانعة في مجال (DC) بالمعادلة التالية:

Reluctance (S) = m.m.mf / flux = F / Φ

حيث:

S – الممانعة وتقاس بوحدة “الأمبير لكل ويبر” (ampere-turns per weber).

F –القوة المحركة المغناطيسية (magnetic motive force).

Φ – التدفق المغناطيسي.

تتكون الدائرة المغناطيسية غير المنتظمة عن طريق إضافة أقسام موحدة لها قيمة مختلفة من الطول ومنطقة المقطع العرضي ونفاذية الدائرة المغناطيسية. يتم حساب ممانعة الدائرة غير المنتظمة عن طريق إضافة ممانعة القسم الموحد للدائرة المغناطيسية. يعد حساب المجال المغناطيسي غير المنتظم أكثر تعقيدًا مقارنة بالمجال المغناطيسي المنتظم. في معظم المحولات، يتم إنشاء فجوة هوائية لتقليل تأثيرات التشبع (saturation). تزيد فجوة الهواء من ممانعة الدائرة، وبالتالي تخزن المزيد من الطاقة المغناطيسية قبل التشبع.

الممانعة في الدائرة المغناطيسية المتسلسلة:

كما هو الحال في دائرة كهربائية متسلسلة (series electrical circuit)، فإنّ المقاومة الإجمالية تساوي مجموع المقاومة الفردية:

R = R₁ + R₂ + R₃ + ….. + R_n

Where, R = pl / A (p = Resistivity)

وبالمثل، في الدوائر المغناطيسية المتسلسلة، يساوي إجمالي الممانعة مجموع الممانعات الفردية التي تتم مواجهتها حول مسار التدفق المغلق:

S = S₁ + S₂ + S₃ + ….. + S_n

Where, S = l / μ₀ μ_r A

تطبيقات الممانعة المغناطيسية:

بعض تطبيقات الممانعة المغناطيسية في الحياة اليومية، وتشمل:

• في المحولات (transformer)، يتم استخدام الممانعة بشكل أساسي لتقليل تأثير التشبع المغناطيسي (magnetic saturation). تزيد فجوات الهواء الثابتة في المحول من ممانعة الدائرة وبالتالي تخزين المزيد من الطاقة المغناطيسية قبل التشبع.

• يستخدم محرك الممانعة (Reluctance motor)، للعديد من تطبيقات السرعة الثابتة مثل مؤقت الساعة الكهربائية، وأجهزة الإشارة، وأدوات التسجيل، وما إلى ذلك ، والتي تعمل على مبدأ الممانعة المتغيرة (variable reluctance).

• واحدة من الخصائص الرئيسية للمواد الصلبة مغناطيسيًا هي أنّها تتمتع بمقاومة مغناطيسية قوية تُستخدم لإنشاء مغناطيس دائم. مثال: فولاذ التنجستن (Tungsten steel)، صلب الكوبالت، صلب الكروم، النيكو، وغيرها.

• يتم تغطية مغناطيس السماعة بمادة مغناطيسية ناعمة مثل الحديد الناعم لتقليل تأثير المجال المغناطيسي الشارد (stray).

• مكبرات الصوت متعددة الوسائط محمية مغناطيسيًا لتقليل التداخل المغناطيسي الناتج عن التلفزيون و(CRTs) “أنبوب أشعة الكاثود” (Cathode Ray Tube).