เพื่อให้เข้าใจว่าสนามแม่เหล็กคืออะไร ควรมีการกำหนดปรากฏการณ์มากมาย ในเวลาเดียวกัน คุณต้องจำไว้ล่วงหน้าว่ามันปรากฏอย่างไรและทำไม หาว่าคุณลักษณะด้านกำลังของสนามแม่เหล็กคืออะไร สิ่งสำคัญคือสนามดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เฉพาะในแม่เหล็กเท่านั้น ในเรื่องนี้ ไม่ต้องพูดถึงลักษณะของสนามแม่เหล็กโลก
เกิดภาคสนาม
อันดับแรก เราควรอธิบายลักษณะที่ปรากฏของสนาม หลังจากนั้น คุณสามารถอธิบายสนามแม่เหล็กและลักษณะของมันได้ ปรากฏขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ อาจส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า โดยเฉพาะกับตัวนำไฟฟ้า ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและประจุเคลื่อนที่ หรือตัวนำซึ่งกระแสไหลผ่าน เกิดขึ้นเนื่องจากแรงที่เรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า
ลักษณะความเข้มหรือกำลังของสนามแม่เหล็กในจุดเชิงพื้นที่ถูกกำหนดโดยใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ด้านหลังแสดงด้วยสัญลักษณ์ B.
การแสดงกราฟิกของสนาม
สนามแม่เหล็กและคุณลักษณะต่างๆ สามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกได้โดยใช้เส้นเหนี่ยวนำ คำจำกัดความนี้เรียกว่า เส้น แทนเจนต์ที่จุดใดๆ จะตรงกับทิศทางของเวกเตอร์ y ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
เส้นเหล่านี้รวมอยู่ในลักษณะของสนามแม่เหล็กและใช้เพื่อกำหนดทิศทางและความเข้มของสนามแม่เหล็ก ยิ่งความเข้มของสนามแม่เหล็กสูงเท่าใด เส้นข้อมูลจะถูกวาดมากขึ้น
เส้นแม่เหล็กคืออะไร
เส้นแม่เหล็กในตัวนำไฟฟ้าแบบเส้นตรงที่มีกระแสไฟฟ้ามีรูปร่างเป็นวงกลมที่มีจุดศูนย์กลาง ซึ่งจุดศูนย์กลางจะอยู่บนแกนของตัวนำนี้ ทิศทางของเส้นแม่เหล็กใกล้กับตัวนำที่มีกระแสจะถูกกำหนดโดยกฎวงแหวนซึ่งฟังดังนี้: ถ้าวงแหวนถูกตั้งอยู่เพื่อที่จะถูกขันเข้าไปในตัวนำในทิศทางของกระแสแล้วทิศทางของการหมุนของ ที่จับสอดคล้องกับทิศทางของเส้นแม่เหล็ก
สำหรับขดลวดที่มีกระแส ทิศทางของสนามแม่เหล็กจะถูกกำหนดโดยกฎวงแหวนด้วย นอกจากนี้ยังต้องหมุนที่จับไปในทิศทางของกระแสในการหมุนของโซลินอยด์ ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะสอดคล้องกับทิศทางการเคลื่อนที่แบบแปลของวงแหวน
นิยามของความสม่ำเสมอและความไม่เท่ากันคือลักษณะสำคัญของสนามแม่เหล็ก
สร้างโดยปัจจุบันหนึ่งสนามภายใต้เงื่อนไขที่เท่าเทียมกันจะมีความเข้มต่างกันในตัวกลางต่างกันเนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กต่างกันในสารเหล่านี้ คุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลางมีลักษณะการซึมผ่านของแม่เหล็กแบบสัมบูรณ์ หน่วยวัดเป็นเฮนรี่ต่อเมตร (g/m)
ลักษณะของสนามแม่เหล็กรวมถึงการซึมผ่านของแม่เหล็กแบบสัมบูรณ์ของสุญญากาศ เรียกว่าค่าคงที่แม่เหล็ก ค่าที่กำหนดจำนวนครั้งของการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมบูรณ์ของตัวกลางจะแตกต่างจากค่าคงที่เรียกว่าค่าการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์
การซึมผ่านของแม่เหล็กของสาร
นี่คือปริมาณที่ไร้มิติ สารที่มีค่าการซึมผ่านได้น้อยกว่าหนึ่งเรียกว่าไดแม่เหล็ก ในสารเหล่านี้สนามจะอ่อนแอกว่าในสุญญากาศ คุณสมบัติเหล่านี้มีอยู่ในไฮโดรเจน น้ำ ควอตซ์ เงิน ฯลฯ
สื่อที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กมากกว่าหนึ่งตัวเรียกว่าพาราแมกเนติก ในสารเหล่านี้สนามจะแข็งแกร่งกว่าในสุญญากาศ สื่อและสารเหล่านี้ ได้แก่ อากาศ อะลูมิเนียม ออกซิเจน แพลตตินั่ม
ในกรณีของสารพาราแมกเนติกและไดอะแมกเนติก ค่าของการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กจะไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของสนามแม่เหล็กภายนอก ซึ่งหมายความว่าค่าคงที่สำหรับสารเฉพาะ
เฟอร์โรแม่เหล็กอยู่ในกลุ่มพิเศษ สำหรับสารเหล่านี้ การซึมผ่านของแม่เหล็กจะสูงถึงหลายพันหรือมากกว่า สารเหล่านี้ซึ่งมีคุณสมบัติในการทำให้เป็นแม่เหล็กและขยายสนามแม่เหล็ก มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า
ความแรงของสนาม
เพื่อกำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กร่วมกับเวกเตอร์เหนี่ยวนำแม่เหล็ก สามารถใช้ค่าที่เรียกว่าความแรงของสนามแม่เหล็กได้ เทอมนี้เป็นปริมาณเวกเตอร์ที่กำหนดความเข้มของสนามแม่เหล็กภายนอก ทิศทางของสนามแม่เหล็กในตัวกลางที่มีคุณสมบัติเหมือนกันทุกทิศทาง เวกเตอร์ความเข้มจะตรงกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่จุดสนาม
คุณสมบัติทางแม่เหล็กที่แรงของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกนั้นอธิบายได้จากชิ้นส่วนเล็กๆ ที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กแบบสุ่ม ซึ่งสามารถแสดงเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กได้
เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก สารเฟอร์โรแมกเนติกอาจไม่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่เด่นชัด เนื่องจากสนามโดเมนมีทิศทางต่างกัน และสนามแม่เหล็กรวมของพวกมันจะเป็นศูนย์
ตามลักษณะสำคัญของสนามแม่เหล็ก ถ้าเฟอร์โรแม่เหล็กถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอก เช่น ในขดลวดที่มีกระแส จากนั้นภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอก โดเมนจะเปลี่ยนเป็น ทิศทางของสนามภายนอก นอกจากนี้สนามแม่เหล็กที่ขดลวดจะเพิ่มขึ้นและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น หากสนามภายนอกอ่อนแอเพียงพอ จะมีเพียงส่วนหนึ่งของโดเมนทั้งหมดที่สนามแม่เหล็กเข้าใกล้ทิศทางของสนามภายนอกเท่านั้นที่จะพลิกกลับ เมื่อความแรงของสนามภายนอกเพิ่มขึ้น จำนวนโดเมนที่หมุนจะเพิ่มขึ้น และที่ค่าหนึ่งของแรงดันสนามภายนอก ชิ้นส่วนเกือบทั้งหมดจะหมุนเพื่อให้สนามแม่เหล็กอยู่ในทิศทางของสนามภายนอกสถานะนี้เรียกว่าความอิ่มตัวของแม่เหล็ก
ความสัมพันธ์ระหว่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กกับความเข้ม
ความสัมพันธ์ระหว่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสารเฟอร์โรแมกเนติกกับความแรงของสนามภายนอกสามารถแสดงได้โดยใช้กราฟที่เรียกว่าเส้นโค้งการทำให้เป็นแม่เหล็ก ที่ส่วนโค้งของกราฟเส้นโค้ง อัตราการเพิ่มขึ้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะลดลง หลังจากโค้งงอซึ่งความตึงเครียดถึงระดับหนึ่ง ความอิ่มตัวจะเกิดขึ้น และส่วนโค้งจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ค่อยๆ ได้รูปร่างของเส้นตรง ในส่วนนี้ การเหนี่ยวนำยังคงเติบโต แต่ค่อนข้างช้าและเนื่องมาจากความแข็งแกร่งของสนามภายนอกที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น
การพึ่งพากราฟิกของข้อมูลของตัวบ่งชี้ไม่ได้โดยตรง ซึ่งหมายความว่าอัตราส่วนของพวกเขาไม่คงที่ และการซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุไม่ได้เป็นตัวบ่งชี้ที่คงที่ แต่ขึ้นอยู่กับสนามภายนอก
การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติแม่เหล็กของวัสดุ
เมื่อเพิ่มกระแสให้อิ่มตัวจนเต็มในขดลวดที่มีแกนเฟอร์โรแมกเนติกและจากนั้นลดลง เส้นโค้งการทำให้เป็นแม่เหล็กจะไม่ตรงกับเส้นล้างอำนาจแม่เหล็ก เมื่อความเข้มเป็นศูนย์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะไม่มีค่าเท่ากัน แต่จะได้รับตัวบ่งชี้ที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กตกค้าง สถานการณ์ที่มีความล้าหลังของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจากแรงแม่เหล็กเรียกว่าฮิสเทรีซิส
ในการล้างอำนาจแม่เหล็กของแกนเฟอร์โรแมกเนติกในขดลวดให้สมบูรณ์ จะต้องให้กระแสย้อนกลับซึ่งจะสร้างความตึงเครียดที่จำเป็น สำหรับเฟอร์โรแมกเนติกต่างๆสารต้องการส่วนที่มีความยาวต่างกัน ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใดก็ยิ่งต้องการพลังงานมากขึ้นสำหรับการล้างอำนาจแม่เหล็ก ค่าที่วัสดุถูกล้างอำนาจแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์เรียกว่าแรงบีบบังคับ
ด้วยกระแสที่เพิ่มขึ้นในขดลวด การเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งเป็นดัชนีความอิ่มตัว แต่มีทิศทางที่แตกต่างกันของเส้นแม่เหล็ก เมื่อล้างอำนาจแม่เหล็กในทิศทางตรงกันข้าม จะได้การเหนี่ยวนำที่เหลือ ปรากฏการณ์แม่เหล็กตกค้างถูกใช้เพื่อสร้างแม่เหล็กถาวรจากสารที่มีสนามแม่เหล็กตกค้างสูง วัสดุที่มีความสามารถในการสร้างสนามแม่เหล็กใหม่นั้นถูกใช้เพื่อสร้างแกนสำหรับเครื่องจักรและอุปกรณ์ไฟฟ้า
กฎมือซ้าย
แรงที่กระทบตัวนำที่มีกระแสมีทิศทางที่กำหนดโดยกฎของมือซ้าย: เมื่อฝ่ามือของมือพรหมจารีอยู่ในตำแหน่งที่เส้นแม่เหล็กเข้ามาและยื่นสี่นิ้ว ในทิศทางของกระแสในตัวนำ นิ้วหัวแม่มืองอบ่งชี้ทิศทางของแรง แรงนี้ตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำและกระแส
ตัวนำกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กถือเป็นต้นแบบของมอเตอร์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล
มือขวา
ระหว่างการเคลื่อนที่ของตัวนำในสนามแม่เหล็ก แรงเคลื่อนไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำอยู่ภายใน ซึ่งมีค่าสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ความยาวของตัวนำที่เกี่ยวข้อง และความเร็วของการเคลื่อนที่ การพึ่งพาอาศัยกันนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ที่การกำหนดทิศทางของ EMF ที่เหนี่ยวนำในตัวนำ กฎของมือขวาจะใช้: เมื่อมือขวาอยู่ในตำแหน่งเดียวกับในตัวอย่างทางด้านซ้าย เส้นแม่เหล็กจะเข้าสู่ฝ่ามือ และนิ้วโป้งระบุทิศทางของ การเคลื่อนที่ของตัวนำ นิ้วมือที่กางออกจะระบุทิศทางของ EMF ที่เหนี่ยวนำ ตัวนำที่เคลื่อนที่ในฟลักซ์แม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของแรงทางกลภายนอกเป็นตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งพลังงานกลถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า
กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถกำหนดได้แตกต่างกัน: ในวงจรปิด EMF จะถูกเหนี่ยวนำโดยการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในฟลักซ์แม่เหล็กที่ครอบคลุมโดยวงจรนี้ EFE ในวงจรจะเป็นตัวเลขเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลง ของฟลักซ์แม่เหล็กที่ครอบคลุมวงจรนี้
แบบฟอร์มนี้แสดงตัวบ่งชี้ EMF โดยเฉลี่ยและบ่งชี้ว่าการพึ่งพา EMF ไม่ได้อยู่ที่ฟลักซ์แม่เหล็ก แต่ขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลง
กฎของเลนซ์
คุณต้องจำกฎของเลนซ์ด้วย: กระแสที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ไหลผ่านวงจร สนามแม่เหล็กของมันจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงนี้ หากการหมุนของขดลวดถูกเจาะโดยฟลักซ์แม่เหล็กที่มีขนาดต่างกัน ดังนั้น EMF ที่เหนี่ยวนำบนขดลวดทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของ EMF ในการหมุนที่ต่างกัน ผลรวมของฟลักซ์แม่เหล็กของรอบต่าง ๆ ของคอยล์เรียกว่าฟลักซ์เชื่อมโยง หน่วยวัดปริมาณนี้ เช่นเดียวกับฟลักซ์แม่เหล็ก คือ เวเบอร์
เมื่อกระแสไฟฟ้าในวงจรเปลี่ยนแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นก็จะเปลี่ยนไปด้วย ในเวลาเดียวกันตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าภายในตัวนำไฟฟ้าจะเหนี่ยวนำให้เกิด EMF ปรากฏขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของกระแสในตัวนำ ดังนั้นปรากฏการณ์นี้จึงเรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง และ EMF ที่เหนี่ยวนำในตัวนำเรียกว่า EMF ที่เหนี่ยวนำด้วยตนเอง
ฟลักซ์เชื่อมโยงและฟลักซ์แม่เหล็กไม่เพียงขึ้นอยู่กับความแรงของกระแส แต่ยังขึ้นกับขนาดและรูปร่างของตัวนำที่กำหนด และการซึมผ่านของแม่เหล็กของสารโดยรอบ
ตัวเหนี่ยวนำ
สัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าการเหนี่ยวนำของตัวนำ หมายถึงความสามารถของตัวนำในการสร้างฟลักซ์เชื่อมโยงเมื่อไฟฟ้าไหลผ่าน นี่เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์หลักของวงจรไฟฟ้า สำหรับวงจรบางวงจร การเหนี่ยวนำจะเป็นค่าคงที่ จะขึ้นอยู่กับขนาดของรูปร่าง การกำหนดค่า และการซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลาง ในกรณีนี้ความแรงของกระแสในวงจรและฟลักซ์แม่เหล็กจะไม่มีความสำคัญ
คำจำกัดความและปรากฏการณ์ข้างต้นให้คำอธิบายว่าสนามแม่เหล็กคืออะไร นอกจากนี้ยังให้คุณสมบัติหลักของสนามแม่เหล็กด้วยความช่วยเหลือซึ่งเป็นไปได้ที่จะกำหนดปรากฏการณ์นี้
