การเหนี่ยวนำแม่เหล็กคืออะไร
ในบทความนี้ เราจะพยายามทำความเข้าใจว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคืออะไร เกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็กอย่างไร การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเกี่ยวข้องกับกระแสอย่างไร และส่งผลต่อกระแสอย่างไร ให้เราระลึกถึงกฎพื้นฐานที่กำหนดทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำและเราจะจดบันทึกสูตรบางอย่างที่จะช่วยในการแก้ปัญหาของสนามแม่เหล็ก
ความแรงของสนามแม่เหล็ก ณ จุดที่เลือกในอวกาศคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B ปริมาณเวกเตอร์นี้กำหนดแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำกับอนุภาคที่มีประจุซึ่งเคลื่อนที่อยู่ในนั้น ถ้าประจุของอนุภาคคือ q ความเร็วของมันคือ v และการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่จุดที่กำหนดในอวกาศคือ B จากนั้นจะมีแรงกระทำต่ออนุภาคที่จุดนั้นจากด้านข้างของสนามแม่เหล็ก:
ดังนั้น B เป็นเวกเตอร์ที่มีขนาดและทิศทางเท่ากับแรงลอเรนซ์ที่กระทำต่อประจุเคลื่อนที่ที่ด้านข้างของสนามแม่เหล็ก เท่ากับ:
ในที่นี้ อัลฟาคือมุมระหว่างเวกเตอร์ความเร็วและเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เวกเตอร์แรง Lorentz F ตั้งฉากกับเวกเตอร์ความเร็วและเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กทิศทางของมันถูกกำหนดไว้ในกรณีของการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุบวกในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ กฎมือซ้าย:
«หากวางมือซ้ายเพื่อให้เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือ และนิ้วที่ยื่นออกมาสี่นิ้วชี้ไปในทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุบวก นิ้วหัวแม่มือที่งอ 90 องศาจะแสดงทิศทางของ กองกำลัง Lorentz»
เนื่องจากกระแสในตัวนำคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กยังสามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนของโมเมนต์เชิงกลสูงสุดที่กระทำบนเฟรมที่มีสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอต่อผลคูณของกระแสในเฟรมตามพื้นที่ของ กรอบ:
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นลักษณะพื้นฐานของสนามแม่เหล็ก คล้ายกับความแรงของสนามไฟฟ้า... ในระบบ SI การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะวัดเป็นเทสลา (T) ในระบบ CGS เป็นเกาส์ (G) 1 เทสลา = 10,000 เกาส์ 1 T คือการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ ซึ่งโมเมนต์แรงเชิงกลหมุนสูงสุดเท่ากับ 1 N • m กระทำบนกรอบพื้นที่ 1 ตร.ม. ซึ่งมีกระแส 1 A ไหลผ่าน
โดยวิธีการนี้ การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กโลกที่ละติจูด 50 ° โดยเฉลี่ยอยู่ที่ 0.00005 T และที่เส้นศูนย์สูตร - 0.000031 T เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะถูกนำไปสัมผัสกับเส้นสนามแม่เหล็กเสมอ
ลูปที่อยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอจะถูกแทรกซึมโดยฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ซึ่งเป็นฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ขนาดของฟลักซ์แม่เหล็ก F ขึ้นอยู่กับทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่สัมพันธ์กับรูปร่าง ขนาดของมัน และพื้นที่ของรูปร่างที่ถูกเจาะโดยเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กหากเวกเตอร์ B ตั้งฉากกับพื้นที่ของลูป ฟลักซ์แม่เหล็ก F ที่ทะลุผ่านลูปจะสูงสุด
คำว่า induction นั้นมาจากภาษาละติน "induction" ซึ่งแปลว่า "การชี้นำ" (เช่น แนะนำความคิด — นั่นคือ ทำให้เกิดความคิด) คำเหมือน : แนวทาง, ภูมิหลัง, การศึกษา. อย่าสับสนกับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
มีสายไฟอยู่รอบๆ สนามแม่เหล็ก… สนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าถูกค้นพบในปี 1820 โดย Hans Christian Oersted นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ในการกำหนดทิศทางของเส้นแรงของการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก B ของกระแสไฟฟ้า I ที่ไหลไปตามเส้นลวดตรง ให้ใช้สกรูมือขวาหรือกฎกิมบอล:
«ทิศทางการหมุนของที่จับกิมบอลระบุทิศทางของเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B และการเคลื่อนที่แบบก้าวหน้าของกิมบอลจะสอดคล้องกับทิศทางของกระแสในตัวนำ»
ในกรณีนี้ ค่าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B ที่ระยะ R จากตัวนำที่มีกระแส I สามารถหาได้จากสูตร:
ค่าคงที่แม่เหล็กอยู่ที่ไหน:
หากเส้นความเข้มของสนามไฟฟ้าสถิต E เริ่มต้นจากประจุบวก ลงท้ายด้วยประจุลบ จากนั้นเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B จะปิดเสมอ ซึ่งแตกต่างจากประจุไฟฟ้า ประจุแม่เหล็กที่จะสร้างขั้วเหมือนประจุไฟฟ้านั้นไม่พบในธรรมชาติ
ตอนนี้ไม่กี่คำ เกี่ยวกับแม่เหล็กถาวร… ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 นักวิจัยชาวฝรั่งเศสและนักฟิสิกส์ธรรมชาติ André-Marie Ampere ได้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับกระแสโมเลกุล จากข้อมูลของแอมแปร์ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอมทำให้เกิดกระแสมูลฐาน ซึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กมูลฐานรอบตัวนิวเคลียสและถ้าชิ้นส่วนของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกวางอยู่ในสนามแม่เหล็กภายนอก แม่เหล็กระดับจุลภาคเหล่านี้จะปรับทิศทางตัวเองในสนามแม่เหล็กภายนอก และชิ้นส่วนของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกก็จะกลายเป็นแม่เหล็ก
สสารที่มีค่าการดึงดูดแม่เหล็กตกค้างสูง เช่น โลหะผสมนีโอไดเมียม-เหล็ก-โบรอน ทำให้สามารถรับแม่เหล็กถาวรที่ทรงพลังได้ แม่เหล็กนีโอไดเมียมจะสูญเสียการสะกดจิตไม่เกิน 1-2% ใน 10 ปี แต่สามารถล้างอำนาจแม่เหล็กได้ง่ายโดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิ + 70 ° C ขึ้นไป
เราหวังว่าบทความนี้จะช่วยให้คุณได้รับแนวคิดทั่วไปว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคืออะไรและมาจากไหน