แม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กธรรมชาติและเทียม

ในบรรดาแร่เหล็กที่ขุดได้สำหรับอุตสาหกรรมโลหการนั้นมีแร่ที่เรียกว่าแร่เหล็กแม่เหล็ก แร่นี้มีคุณสมบัติในการดึงดูดวัตถุที่เป็นเหล็กเข้ามาหาตัวมันเอง

ชิ้นส่วนของแร่เหล็กดังกล่าวเรียกว่าแม่เหล็กธรรมชาติ และคุณสมบัติของแรงดึงดูดที่แร่เหล็กนั้นแสดงออกมาก็คือความเป็นแม่เหล็ก

ปัจจุบันปรากฏการณ์ของแม่เหล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการติดตั้งระบบไฟฟ้าต่างๆ อย่างไรก็ตามตอนนี้พวกเขาใช้แม่เหล็กที่ไม่ใช่ธรรมชาติ แต่เรียกว่าแม่เหล็กเทียม

แม่เหล็กประดิษฐ์ทำจากเหล็กพิเศษ ชิ้นส่วนของเหล็กดังกล่าวถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในลักษณะพิเศษ หลังจากนั้นจะได้คุณสมบัติทางแม่เหล็ก นั่นคือ มันจะกลายเป็น แม่เหล็กถาวร.

รูปร่างของแม่เหล็กถาวรอาจมีความหลากหลายขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์

ในแม่เหล็กถาวร มีเพียงขั้วของมันเท่านั้นที่มีแรงโน้มถ่วง ปลายแม่เหล็กที่หันไปทางทิศเหนือจะตกลงเรียกว่าแม่เหล็กขั้วเหนือ และปลายที่หันไปทางใต้คือแม่เหล็กขั้วใต้ แม่เหล็กถาวรทุกอันมีสองขั้ว: เหนือและใต้ ขั้วเหนือของแม่เหล็กระบุด้วยตัวอักษร C หรือ N ขั้วใต้ระบุด้วยตัวอักษร Yu หรือ S

แม่เหล็กดึงดูดเหล็ก เหล็กกล้า เหล็กหล่อ นิกเกิล โคบอลต์เข้าหาตัวมันเอง ร่างกายทั้งหมดนี้เรียกว่าวัตถุแม่เหล็ก วัตถุอื่นๆ ทั้งหมดที่ไม่ถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กจะเรียกว่าวัตถุที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

โครงสร้างของแม่เหล็ก การสะกดจิต

ร่างกายทั้งหมดรวมถึงแม่เหล็กประกอบด้วยอนุภาค - โมเลกุลที่เล็กที่สุด ซึ่งแตกต่างจากโมเลกุลของวัตถุที่ไม่ใช่แม่เหล็ก โมเลกุลของวัตถุแม่เหล็กมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก ซึ่งเป็นตัวแทนของแม่เหล็กระดับโมเลกุล ภายในตัวแม่เหล็ก แม่เหล็กระดับโมเลกุลเหล่านี้ถูกจัดเรียงด้วยแกนของมันในทิศทางต่างๆ ส่งผลให้ตัวมันเองไม่แสดงคุณสมบัติแม่เหล็กใดๆ แต่ถ้าแม่เหล็กเหล่านี้ถูกบังคับให้หมุนรอบแกนของมันเพื่อให้ขั้วเหนือหันไปในทิศทางหนึ่งและขั้วใต้ของมันหันไปอีกขั้วหนึ่ง ร่างกายจะได้รับคุณสมบัติของแม่เหล็ก นั่นคือมันจะกลายเป็นแม่เหล็ก

กระบวนการที่ตัวแม่เหล็กได้รับคุณสมบัติของแม่เหล็กเรียกว่า การทำให้เป็นแม่เหล็ก... ในการผลิตแม่เหล็กถาวร การทำให้เป็นแม่เหล็กจะดำเนินการโดยใช้กระแสไฟฟ้า แต่คุณสามารถดึงดูดร่างกายด้วยวิธีอื่นโดยใช้แม่เหล็กถาวรธรรมดา

หากแม่เหล็กเส้นตรงถูกตัดตามแนวที่เป็นกลาง จะได้แม่เหล็กอิสระสองตัว และขั้วของปลายแม่เหล็กจะยังคงอยู่ และขั้วตรงข้ามกันจะปรากฏขึ้นที่ปลายที่ได้จากการตัด

แม่เหล็กที่ได้แต่ละอันยังสามารถแบ่งออกเป็นสองแม่เหล็กได้ และไม่ว่าเราจะแบ่งต่อไปเท่าใด เราก็จะได้แม่เหล็กอิสระที่มีสองขั้วเสมอ เป็นไปไม่ได้ที่จะได้แถบที่มีขั้วแม่เหล็กเดียว ตัวอย่างนี้ยืนยันตำแหน่งที่ตัวแม่เหล็กประกอบด้วยแม่เหล็กหลายโมเลกุล

ตัวแม่เหล็กแตกต่างกันในระดับการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กระดับโมเลกุล มีร่างกายที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กอย่างรวดเร็วและถูกทำให้เป็นแม่เหล็กอย่างรวดเร็ว ในทางกลับกัน มีวัตถุที่ดึงดูดแม่เหล็กอย่างช้าๆ แต่ยังคงคุณสมบัติแม่เหล็กไว้เป็นเวลานาน

ดังนั้น เหล็กจึงถูกทำให้เป็นแม่เหล็กอย่างรวดเร็วภายใต้การกระทำของแม่เหล็กภายนอก, แต่ก็เหมือนกับการล้างอำนาจแม่เหล็กอย่างรวดเร็ว กล่าวคือ จะสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กเมื่อนำแม่เหล็กออก เหล็ก, หลังจากถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก, จะคงคุณสมบัติแม่เหล็กไว้เป็นเวลานาน นั่นคือ จะกลายเป็นแม่เหล็กถาวร

คุณสมบัติของเหล็กในการทำให้เป็นแม่เหล็กและล้างอำนาจแม่เหล็กอย่างรวดเร็วนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแม่เหล็กระดับโมเลกุลของเหล็กนั้นเคลื่อนที่ได้ง่ายมาก พวกมันหมุนได้ง่ายภายใต้อิทธิพลของแรงแม่เหล็กภายนอก แต่ก็กลับสู่ตำแหน่งที่ไม่เป็นระเบียบก่อนหน้านี้อย่างรวดเร็วเมื่อตัวแม่เหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก ลบออก

อย่างไรก็ตาม ในธาตุเหล็ก แม่เหล็กส่วนน้อยและหลังจากดึงแม่เหล็กถาวรออกแล้ว แม่เหล็กยังคงอยู่ในตำแหน่งที่แม่เหล็กครอบครองอยู่ชั่วระยะเวลาหนึ่ง ดังนั้น หลังจากการทำให้เป็นแม่เหล็ก เหล็กจะคงคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่อ่อนมากไว้ สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อนำแผ่นเหล็กออกจากขั้วของแม่เหล็ก ขี้เลื่อยไม่ได้ร่วงหล่นจากปลายของมันทั้งหมด - ส่วนเล็ก ๆ ของมันยังคงถูกดึงดูดไปที่แผ่น

คุณสมบัติของเหล็กที่ยังคงเป็นแม่เหล็กเป็นเวลานานนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแม่เหล็กระดับโมเลกุลของเหล็กแทบจะไม่หมุนไปในทิศทางที่ต้องการในระหว่างการทำให้เป็นแม่เหล็ก แต่พวกมันจะยังคงอยู่ในตำแหน่งที่มั่นคงเป็นเวลานานแม้หลังจากถอดตัวแม่เหล็กออกแล้ว

ความสามารถของตัวแม่เหล็กในการแสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กหลังจากการทำให้เป็นแม่เหล็กเรียกว่าแม่เหล็กตกค้าง

ปรากฏการณ์ของแม่เหล็กตกค้างเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าในร่างกายของแม่เหล็กมีสิ่งที่เรียกว่าแรงหน่วงที่ทำให้แม่เหล็กของโมเลกุลอยู่ในตำแหน่งที่พวกเขาครอบครองระหว่างการสะกดจิต

ในธาตุเหล็ก การกระทำของแรงหน่วงจะอ่อนมาก ส่งผลให้มันล้างอำนาจแม่เหล็กอย่างรวดเร็วและมีแรงแม่เหล็กหลงเหลืออยู่น้อยมาก

คุณสมบัติของเหล็กในการทำให้เป็นแม่เหล็กและล้างอำนาจแม่เหล็กอย่างรวดเร็วนั้นถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายอย่างมากในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า พอเพียงที่จะบอกว่าแกนของแต่ละ แม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าทำจากเหล็กชนิดพิเศษที่มีค่าแม่เหล็กตกค้างต่ำมาก

เหล็กมีพลังในการยึดเกาะสูงเนื่องจากคุณสมบัติของแม่เหล็กถูกเก็บรักษาไว้ นั่นเป็นเหตุผล แม่เหล็กถาวร ทำจากโลหะผสมเหล็กพิเศษ

คุณสมบัติของแม่เหล็กถาวรได้รับผลกระทบจากแรงกระแทก แรงกระแทก และความผันผวนของอุณหภูมิอย่างกะทันหัน ตัวอย่างเช่น หากแม่เหล็กถาวรถูกทำให้ร้อนจนเป็นสีแดงแล้วปล่อยให้เย็นลง แม่เหล็กถาวรจะสูญเสียคุณสมบัติทั้งหมดไป ในทำนองเดียวกัน หากคุณทำให้แม่เหล็กถาวรได้รับแรงกระแทก แรงดึงดูดของมันจะลดลงอย่างมาก

สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยความร้อนสูงหรือแรงกระแทก การกระทำของแรงหน่วงจะถูกเอาชนะและทำให้การจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบของแม่เหล็กโมเลกุลถูกรบกวน ดังนั้น แม่เหล็กถาวรและอุปกรณ์ที่มีแม่เหล็กถาวรจะต้องได้รับการจัดการด้วยความระมัดระวัง

เส้นแรงแม่เหล็ก. ปฏิสัมพันธ์ของขั้วแม่เหล็ก

รอบตัวแม่เหล็กแต่ละอันมีสิ่งที่เรียกว่า สนามแม่เหล็ก.

สนามแม่เหล็กเรียกว่าช่องว่างซึ่งแรงแม่เหล็ก... สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรคือส่วนหนึ่งของอวกาศที่สนามแม่เหล็กเส้นตรงและแรงแม่เหล็กของแม่เหล็กนี้ทำหน้าที่

แรงแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กกระทำในทิศทางที่แน่นอน... ทิศทางของการกระทำของแรงแม่เหล็กตกลงที่จะเรียกว่า เส้นแรงแม่เหล็ก... คำนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาวิศวกรรมไฟฟ้า แต่ต้องจำไว้ว่า เส้นแรงแม่เหล็กนั้นไม่ใช่วัตถุ: นี่เป็นคำศัพท์ทั่วไปที่นำมาใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในการทำความเข้าใจคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กเท่านั้น

รูปร่างของสนามแม่เหล็ก นั่นคือ ตำแหน่งของเส้นสนามแม่เหล็กในอวกาศนั้นขึ้นอยู่กับรูปร่างของแม่เหล็กเอง

เส้นสนามแม่เหล็กมีคุณสมบัติหลายอย่าง: จะปิดเสมอ ไม่ตัดกัน มีแนวโน้มที่จะใช้เส้นทางที่สั้นที่สุด และผลักกัน หากพวกมันชี้ไปในทิศทางเดียวกัน เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเส้นแรงออกจากขั้วโลกเหนือ ของแม่เหล็กและเข้าสู่ขั้วใต้ ภายในแม่เหล็กมีทิศทางจากขั้วใต้ไปทางทิศเหนือ

เหมือนขั้วแม่เหล็กผลักกัน ไม่เหมือนขั้วแม่เหล็กดึงดูด

เป็นการง่ายที่จะโน้มน้าวใจตัวเองถึงความถูกต้องของข้อสรุปทั้งสองในทางปฏิบัติ ใช้เข็มทิศและนำขั้วหนึ่งของแม่เหล็กเส้นตรงเช่นขั้วเหนือ คุณจะเห็นว่าลูกศรจะหันด้านใต้ไปทางขั้วเหนือของแม่เหล็กทันที หากคุณหมุนแม่เหล็กอย่างรวดเร็ว 180 ° เข็มแม่เหล็กจะหมุน 180 ° ทันที นั่นคือ ปลายด้านเหนือของมันจะหันเข้าหาขั้วใต้ของแม่เหล็ก

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก สนามแม่เหล็ก

แรงกระทำ (แรงดึงดูด) ของแม่เหล็กถาวรบนตัวแม่เหล็กจะลดลงเมื่อระยะห่างระหว่างขั้วของแม่เหล็กกับตัววัตถุนี้เพิ่มขึ้น แม่เหล็กแสดงแรงดึงดูดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดโดยตรงที่ขั้วของมัน นั่นคือตำแหน่งที่เส้นแรงแม่เหล็กอยู่หนาแน่นที่สุด เมื่อเคลื่อนออกจากขั้วความหนาแน่นของเส้นแรงจะลดลงซึ่งพบได้น้อยมากและแรงดึงดูดของแม่เหล็กก็อ่อนลงเช่นกัน

ดังนั้นแรงดึงดูดของแม่เหล็กที่จุดต่าง ๆ ของสนามแม่เหล็กจึงไม่เท่ากันและมีลักษณะความหนาแน่นของเส้นแรง ในการระบุลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กที่จุดต่างๆ จะมีการแนะนำปริมาณที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามมีค่าเท่ากับจำนวนเส้นแรงที่ผ่านพื้นที่ 1 ซม. 2 ซึ่งตั้งฉากกับทิศทางของมัน

ซึ่งหมายความว่ายิ่งความหนาแน่นของเส้นสนาม ณ จุดที่กำหนดในสนามมากเท่าใด การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่จุดนั้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กทั้งหมดที่ผ่านบริเวณใด ๆ เรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็ก

ฟลักซ์แม่เหล็กแสดงด้วยตัวอักษร F และเกี่ยวข้องกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

Ф = BS,

โดยที่ F คือฟลักซ์แม่เหล็ก V คือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนาม S คือพื้นที่ที่ถูกเจาะโดยฟลักซ์แม่เหล็กที่กำหนด

สูตรนี้ใช้ได้เฉพาะเมื่อพื้นที่ S ตั้งฉากกับทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็ก มิฉะนั้น ขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับมุมที่พื้นที่ S ตั้งอยู่ จากนั้นสูตรจะใช้รูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น

ฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรถูกกำหนดโดยจำนวนเส้นแรงทั้งหมดที่ผ่านส่วนตัดขวางของแม่เหล็กยิ่งฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรมากเท่าใด แม่เหล็กนั้นก็ยิ่งน่าดึงดูดมากขึ้นเท่านั้น

ฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรขึ้นอยู่กับคุณภาพของเหล็กที่ใช้ทำแม่เหล็ก ขนาดของแม่เหล็กเอง และระดับของการสะกดจิตของมัน

การซึมผ่านของแม่เหล็ก

คุณสมบัติของร่างกายที่ยอมให้ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านตัวเองเรียกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็ก... ฟลักซ์แม่เหล็กจะผ่านอากาศได้ง่ายกว่าผ่านร่างกายที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบสารต่างๆ การซึมผ่านของแม่เหล็กเป็นเรื่องปกติที่จะต้องพิจารณาการซึมผ่านของแม่เหล็กของอากาศให้เท่ากับความสามัคคี

เรียกว่าสารที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กน้อยกว่าเอกภาพ ไดอะแมกเนติก... ได้แก่ ทองแดง ตะกั่ว เงิน เป็นต้น

อลูมิเนียม แพลทินัม ดีบุก ฯลฯ พวกเขามีการซึมผ่านของแม่เหล็กมากกว่าความสามัคคีเล็กน้อยและเรียกว่าสารพาราแมกเนติก

สารที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กมากกว่าหนึ่งมาก (วัดเป็นพัน) เรียกว่า ferromagnetic ได้แก่ นิเกิล โคบอลต์ เหล็ก เหล็ก เป็นต้น อุปกรณ์แม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดและชิ้นส่วนของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ผลิตจากสารเหล่านี้และโลหะผสมของสารเหล่านี้

สิ่งที่น่าสนใจในทางปฏิบัติสำหรับเทคโนโลยีการสื่อสารคือโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลชนิดพิเศษที่เรียกว่าเปอร์มาลอยด์