สนามแม่เหล็กก็เหมือนกัน คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

มาทำความเข้าใจกันว่าสนามแม่เหล็กคืออะไร ท้ายที่สุดแล้ว หลายคนอาศัยอยู่ในสนามแห่งนี้มาทั้งชีวิตและไม่ได้คิดถึงเรื่องนี้เลย ถึงเวลาแก้ไข!

สนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็ก – ชนิดพิเศษวัตถุ. มันสำแดงตัวมันเองในการเคลื่อนไหว ค่าไฟฟ้าและวัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็กเป็นของตัวเอง (แม่เหล็กถาวร)

สำคัญ: สนามแม่เหล็กไม่ทำปฏิกิริยากับประจุคงที่! สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นด้วยการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงตามเวลา สนามไฟฟ้าหรือโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนในอะตอม นั่นคือลวดใดๆ ที่กระแสไหลผ่านก็จะกลายเป็นแม่เหล็กเช่นกัน!

วัตถุที่มีสนามแม่เหล็กเป็นของตัวเอง

แม่เหล็กมีขั้วที่เรียกว่าทิศเหนือและทิศใต้ การกำหนด "ภาคเหนือ" และ "ภาคใต้" ให้ไว้เพื่อความสะดวกเท่านั้น (เป็นไฟฟ้า "บวก" และ "ลบ")

สนามแม่เหล็กแสดงโดย เส้นแรงแม่เหล็ก. เส้นแรงจะต่อเนื่องและปิด และทิศทางของแรงจะสอดคล้องกับทิศทางของแรงสนามเสมอ ถ้าเศษโลหะกระจัดกระจายรอบแม่เหล็กถาวร อนุภาคโลหะจะแสดงภาพที่ชัดเจน เส้นแรงสนามแม่เหล็กที่ออกมาจากทิศเหนือเข้าสู่ขั้วใต้ ลักษณะกราฟิกของสนามแม่เหล็ก - เส้นแรง

ลักษณะของสนามแม่เหล็ก

ลักษณะสำคัญของสนามแม่เหล็กคือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก, สนามแม่เหล็ก และ การซึมผ่านของแม่เหล็ก. แต่มาพูดถึงทุกอย่างตามลำดับ

ทันทีที่เราทราบว่าหน่วยการวัดทั้งหมดจะได้รับในระบบ SI.

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก บี – เวกเตอร์ ปริมาณทางกายภาพซึ่งเป็นลักษณะกำลังหลักของสนามแม่เหล็ก เขียนแทนด้วยตัวอักษร บี . หน่วยวัดการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก - เทสลา (Tl).

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กบ่งชี้ว่าสนามมีความแรงเพียงใดโดยการพิจารณาแรงที่มันกระทำต่อประจุ พลังนี้เรียกว่า ลอเรนซ์ ฟอร์ซ.

ที่นี่ q - ค่าใช้จ่าย, วี - ความเร็วในสนามแม่เหล็ก บี - การเหนี่ยวนำ F คือแรงลอเรนซ์ที่สนามกระทำต่อประจุ

F- ปริมาณทางกายภาพที่เท่ากับผลคูณของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กโดยพื้นที่ของรูปร่างและโคไซน์ระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำและค่าปกติกับระนาบของรูปร่างที่ไหลผ่าน ฟลักซ์แม่เหล็กเป็นลักษณะสเกลาร์ของสนามแม่เหล็ก

เราสามารถพูดได้ว่าฟลักซ์แม่เหล็กเป็นตัวกำหนดจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นที่หนึ่งหน่วย ฟลักซ์แม่เหล็กวัดเป็น เวเบอรัค (WB).

การซึมผ่านของแม่เหล็กคือสัมประสิทธิ์ที่กำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลาง หนึ่งในพารามิเตอร์ที่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามขึ้นอยู่กับการซึมผ่านของแม่เหล็ก

โลกของเราเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่มาหลายพันล้านปีแล้ว การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กโลกแตกต่างกันไปตามพิกัด ที่เส้นศูนย์สูตร มันคือประมาณ 3.1 คูณ 10 กำลังลบกำลังห้าของเทสลา นอกจากนี้ยังมีความผิดปกติทางแม่เหล็กซึ่งค่าและทิศทางของสนามแตกต่างอย่างมากจากพื้นที่ใกล้เคียง หนึ่งในความผิดปกติทางแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลก - Kurskและ ความผิดปกติของแม่เหล็กบราซิล.

ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กโลกยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์ สันนิษฐานว่าแหล่งกำเนิดของสนามคือแกนโลหะเหลวของโลก แกนกลางกำลังเคลื่อนที่ ซึ่งหมายความว่าโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลที่หลอมเหลวกำลังเคลื่อนที่ และการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุคือกระแสไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็ก ปัญหาคือว่าทฤษฎีนี้ จีโอไดนาโม) ไม่ได้อธิบายว่าสนามมีความเสถียรอย่างไร

โลกเป็นไดโพลแม่เหล็กขนาดใหญ่ขั้วแม่เหล็กไม่ตรงกับเสาที่ตั้งทางภูมิศาสตร์แม้ว่าจะอยู่ใกล้กันก็ตาม นอกจากนี้ ขั้วแม่เหล็กของโลกกำลังเคลื่อนที่ การกระจัดของพวกเขาได้รับการบันทึกตั้งแต่ปี พ.ศ. 2428 ตัวอย่างเช่น ในช่วงร้อยปีที่ผ่านมา ขั้วแม่เหล็กในซีกโลกใต้ได้เคลื่อนตัวไปเกือบ 900 กิโลเมตร และขณะนี้อยู่ในมหาสมุทรใต้ ขั้วโลกของซีกโลกอาร์กติกกำลังเคลื่อนตัวข้ามมหาสมุทรอาร์กติกไปยังความผิดปกติทางแม่เหล็กของไซบีเรียตะวันออก ความเร็วของการเคลื่อนที่ (ตามข้อมูลในปี 2547) อยู่ที่ประมาณ 60 กิโลเมตรต่อปี ขณะนี้มีการเร่งความเร็วของการเคลื่อนที่ของเสา - โดยเฉลี่ยแล้วความเร็วเพิ่มขึ้น 3 กิโลเมตรต่อปี

ความสำคัญของสนามแม่เหล็กโลกสำหรับเราคืออะไร?ประการแรก สนามแม่เหล็กของโลกปกป้องโลกจากรังสีคอสมิกและลมสุริยะ อนุภาคที่มีประจุจากห้วงอวกาศจะไม่ตกลงสู่พื้นโดยตรง แต่ถูกแม่เหล็กขนาดยักษ์เบี่ยงเบนไปและเคลื่อนที่ไปตามเส้นแรงของมัน ดังนั้นสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจึงได้รับการปกป้องจากรังสีที่เป็นอันตราย

ในช่วงประวัติศาสตร์ของโลก มีอยู่หลายครั้ง ผกผัน(การเปลี่ยนแปลง) ของขั้วแม่เหล็ก การผกผันของเสาคือเมื่อพวกเขาเปลี่ยนสถานที่ ครั้งสุดท้ายที่ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 800,000 ปีก่อน และประวัติศาสตร์ของโลกมีการพลิกกลับของ geomagnetic มากกว่า 400 ครั้ง นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าด้วยการเร่งความเร็วที่สังเกตได้ของการเคลื่อนที่ของขั้วแม่เหล็ก การกลับขั้วครั้งต่อไปควรเป็น คาดว่าในอีกสองสามพันปีข้างหน้า

โชคดีที่ไม่คาดว่าจะมีการพลิกกลับของขั้วในศตวรรษของเรา ดังนั้นคุณสามารถนึกถึงความรื่นรมย์และสนุกกับชีวิตในสนามคงที่เก่าที่ดีของโลกโดยพิจารณาคุณสมบัติหลักและลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็ก และเพื่อให้คุณสามารถทำได้ มีผู้เขียนของเรา ซึ่งคุณสามารถมอบส่วนหนึ่งของปัญหาการศึกษาด้วยความมั่นใจในความสำเร็จ! และงานประเภทอื่นๆ สามารถสั่งซื้อได้ที่ลิงค์

สนามแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กเป็นสนามแรงที่กระทำการเคลื่อนประจุไฟฟ้าและวัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็กโดยไม่คำนึงถึงสถานะของการเคลื่อนที่

แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กขนาดมหึมาคือวัตถุที่มีสนามแม่เหล็ก ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า และวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ ธรรมชาติของแหล่งกำเนิดเหล่านี้เหมือนกัน: สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุ (อิเล็กตรอน โปรตอน ไอออน) และเนื่องจากการมีอยู่ของโมเมนต์แม่เหล็ก (สปิน) ของพวกมันเองในอนุภาคขนาดเล็ก

สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับยังเกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ในทางกลับกัน เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงตามเวลา สนามไฟฟ้า. คำอธิบายแบบเต็มสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในความสัมพันธ์ให้สมการแมกซ์เวลล์ ในการอธิบายลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็ก แนวคิดของเส้นแรงสนาม (เส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก) มักจะถูกนำมาใช้

เพื่อวัดคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กและ คุณสมบัติของแม่เหล็กสารที่ใช้ หลากหลายชนิดเครื่องวัดค่าความเข้มข้นของสนามแม่เหล็ก หน่วยของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในระบบ CGS ของหน่วยคือ Gauss (Gs), in ระบบสากลหน่วย (SI) - เทสลา (T), 1 T = 104 Gs. ความเข้มถูกวัดตามลำดับใน oersteds (Oe) และแอมแปร์ต่อเมตร (A / m, 1 A / m \u003d 0.01256 Oe; พลังงานสนามแม่เหล็ก - ใน Erg / cm 2 หรือ J / m 2, 1 J / m 2 \u003d 10 เอิร์ก/ซม2

เข็มทิศตอบสนอง
สู่สนามแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กในธรรมชาติมีความหลากหลายอย่างมากทั้งในด้านขนาดและผลกระทบที่เกิดขึ้น สนามแม่เหล็กของโลกซึ่งก่อตัวเป็นชั้นบรรยากาศแมกนีโตสเฟียร์ของโลกนั้นแผ่ออกไปเป็นระยะทาง 70-80,000 กม. ในทิศทางของดวงอาทิตย์และอีกหลายล้านกม. ที่พื้นผิวโลก สนามแม่เหล็กโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 50 μT ที่ขอบเขตของสนามแม่เหล็ก ~ 10 -3 G สนามแม่เหล็กโลกปกป้องพื้นผิวโลกและชีวมณฑลจากการไหลของอนุภาคที่มีประจุจากลมสุริยะและบางส่วนจากรังสีคอสมิก อิทธิพลของสนามแม่เหล็กโลกที่มีต่อกิจกรรมสำคัญของสิ่งมีชีวิตนั้นได้รับการศึกษาโดยวิทยาแม่เหล็ก ในอวกาศใกล้โลก สนามแม่เหล็กจะสร้างกับดักแม่เหล็กสำหรับอนุภาคที่มีประจุพลังงานสูง นั่นคือแถบรังสีของโลก อนุภาคที่อยู่ในแถบรังสีก่อให้เกิดอันตรายอย่างมากระหว่างการบินในอวกาศ ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กโลกสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่แบบพาความร้อนของตัวนำไฟฟ้า สารเหลวในแกนโลก

การวัดโดยตรงด้วยความช่วยเหลือของยานอวกาศแสดงให้เห็นว่าวัตถุในจักรวาลที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด - ดวงจันทร์, ดาวเคราะห์ดาวศุกร์และดาวอังคารไม่มีสนามแม่เหล็กในตัวเองซึ่งคล้ายกับของโลก จากดาวดวงอื่น ระบบสุริยะมีเพียงดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เท่านั้นที่มีสนามแม่เหล็กของตัวเอง ซึ่งเพียงพอที่จะสร้างกับดักแม่เหล็กของดาวเคราะห์ พบสนามแม่เหล็กสูงถึง 10 เกาส์และปรากฏการณ์ลักษณะเฉพาะ (พายุแม่เหล็ก การปล่อยคลื่นวิทยุซินโครตรอน และอื่นๆ) บนดาวพฤหัสบดี ซึ่งบ่งชี้ถึงบทบาทสำคัญของสนามแม่เหล็กในกระบวนการของดาวเคราะห์

© รูปภาพ: http://www.tesis.lebedev.ru
ภาพถ่ายของดวงอาทิตย์
ในสเปกตรัมที่แคบ

สนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์ส่วนใหญ่เป็นสนามของลมสุริยะ (พลาสมาที่ขยายตัวอย่างต่อเนื่องของโคโรนาสุริยะ) ใกล้วงโคจรของโลก สนามระหว่างดาวเคราะห์อยู่ที่ ~ 10 -4 -10 -5 Gs ความสม่ำเสมอของสนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์อาจถูกรบกวนเนื่องจากการพัฒนา ประเภทต่างๆความไม่เสถียรในพลาสมา การเคลื่อนผ่านของคลื่นกระแทก และการแพร่กระจายของอนุภาคที่รวดเร็วซึ่งเกิดจากเปลวสุริยะ

ในทุกกระบวนการของดวงอาทิตย์ - เปลวเพลิง การปรากฏตัวของจุดและความโดดเด่น การกำเนิดของรังสีคอสมิกของดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญ การวัดจากผลของ Zeeman พบว่าสนามแม่เหล็ก จุดบอดบนดวงอาทิตย์ถึงหลายพันเกาส์ ความโดดเด่นอยู่ที่สนาม ~ 10-100 เกาส์ (โดยมีค่าเฉลี่ยของสนามแม่เหล็กทั้งหมดของดวงอาทิตย์ ~ 1 เกาส์)

พายุแม่เหล็ก

พายุแม่เหล็กเป็นการรบกวนอย่างแรงของสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งรบกวนเส้นทางประจำวันที่ราบรื่นขององค์ประกอบของสนามแม่เหล็กโลก พายุแม่เหล็กใช้เวลาหลายชั่วโมงจนถึงหลายวัน และสังเกตได้พร้อมกันทั่วโลก

ตามกฎแล้ว พายุแม่เหล็กประกอบด้วยระยะเบื้องต้น ระยะเริ่มต้น และระยะหลัก ตลอดจนระยะฟื้นตัว ในระยะเบื้องต้น จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสนามแม่เหล็กโลก (ส่วนใหญ่อยู่ที่ละติจูดสูง) เช่นเดียวกับการกระตุ้นของการสั่นของสนามแม่เหล็กในระยะเวลาสั้นที่มีลักษณะเฉพาะ ระยะเริ่มต้นมีลักษณะเฉพาะโดยการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันขององค์ประกอบของสนามแต่ละส่วนทั่วทั้งโลก และเฟสหลักมีลักษณะเฉพาะด้วยความผันผวนของสนามขนาดใหญ่และการลดลงอย่างมากในองค์ประกอบแนวนอน ในช่วงการกู้คืนของพายุแม่เหล็ก สนามจะกลับสู่ค่าปกติ

อิทธิพลของลมสุริยะ
สู่สนามแม่เหล็กโลก

พายุแม่เหล็กเกิดจากการไหลของพลาสมาสุริยะจากบริเวณที่ทำงานของดวงอาทิตย์ ซ้อนทับบนลมสุริยะที่สงบ ดังนั้น พายุแม่เหล็กจึงมักเกิดขึ้นใกล้กับจุดสูงสุดของวัฏจักรสุริยะ 11 ปี เมื่อไปถึงพื้นโลก พลาสมาจากแสงอาทิตย์จะเพิ่มการกดทับของสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดเฟสเริ่มต้นของพายุแม่เหล็ก และแทรกซึมเข้าไปในบรรยากาศของสนามแม่เหล็กโลกบางส่วน การเข้ามาของอนุภาคพลังงานสูงสู่บรรยากาศชั้นบนของโลกและผลกระทบต่อสนามแม่เหล็กทำให้เกิดการสร้างและขยายกระแสไฟฟ้าในนั้น ไปถึงความเข้มสูงสุดในบริเวณขั้วโลกของไอโอโนสเฟียร์ซึ่งเป็นสาเหตุของ การปรากฏตัวของโซนละติจูดสูงของกิจกรรมแม่เหล็ก การเปลี่ยนแปลงในระบบกระแสแม่เหล็ก-ไอโอโนสเฟียร์ปรากฏขึ้นบนพื้นผิวโลกในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กรบกวน

ในปรากฏการณ์พิภพเล็ก บทบาทของสนามแม่เหล็กมีความสำคัญพอๆ กับระดับจักรวาล นี่เป็นเพราะการมีอยู่ของอนุภาคทั้งหมด - องค์ประกอบโครงสร้างของสสาร (อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน) โมเมนต์แม่เหล็ก เช่นเดียวกับการกระทำของสนามแม่เหล็กต่อประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่

การประยุกต์ใช้สนามแม่เหล็กในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี สนามแม่เหล็กมักจะถูกแบ่งออกเป็นจุดอ่อน (มากถึง 500 Gs), กลาง (500 Gs - 40 kGs), แรง (40 kGs - 1 MGs) และ superstrong (มากกว่า 1 MGs) แทบทุกวิศวกรรมไฟฟ้า วิศวกรรมวิทยุ และอิเล็กทรอนิกส์ใช้สนามแม่เหล็กอ่อนและปานกลาง ได้สนามแม่เหล็กที่อ่อนและปานกลางโดยใช้แม่เหล็กถาวร แม่เหล็กไฟฟ้า โซลินอยด์ที่ไม่มีการระบายความร้อน แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด

แหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็ก

แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นเทียมและธรรมชาติ แหล่งธรรมชาติหลักของสนามแม่เหล็กคือสนามแม่เหล็กของโลกและลมสุริยะ แหล่งเทียมทั้งหมด สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรา โลกสมัยใหม่และบ้านเราโดยเฉพาะ อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับและอ่านเกี่ยวกับเรา

การขนส่งทางไฟฟ้าเป็นแหล่งสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังในช่วง 0 ถึง 1,000 Hz การขนส่งทางรถไฟใช้กระแสสลับ การขนส่งในเมืองเป็นแบบถาวร ค่าสูงสุดของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในการขนส่งไฟฟ้าชานเมืองถึง 75 µT ค่าเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 20 µT ค่าเฉลี่ยสำหรับรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วย กระแสตรงคงที่ที่ 29 μT ในรถรางที่ลวดกลับเป็นราง สนามแม่เหล็กจะชดเชยซึ่งกันและกันในระยะห่างที่มากกว่าสายไฟของรถเข็น และภายในรถเข็น ความผันผวนของสนามแม่เหล็กจะมีน้อยแม้ในระหว่างการเร่งความเร็ว แต่ความผันผวนที่ใหญ่ที่สุดในสนามแม่เหล็กอยู่ในรถไฟใต้ดิน เมื่อส่งองค์ประกอบ ขนาดของสนามแม่เหล็กบนแท่นจะอยู่ที่ 50-100 μT และมากกว่าสนามแม่เหล็กโลก แม้ว่ารถไฟจะหายเข้าไปในอุโมงค์นานแล้ว สนามแม่เหล็กก็ไม่กลับคืนสู่ค่าเดิม หลังจากที่องค์ประกอบผ่านจุดเชื่อมต่อถัดไปไปยังรางสัมผัส สนามแม่เหล็กจะกลับสู่ค่าเดิม จริงอยู่ที่บางครั้งไม่มีเวลา: รถไฟขบวนถัดไปกำลังเข้าใกล้ชานชาลาแล้ว และเมื่อมันช้าลง สนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนอีกครั้ง ในรถยนต์เอง สนามแม่เหล็กนั้นแรงกว่า - 150-200 μT ซึ่งมากกว่าในรถไฟทั่วไปถึงสิบเท่า

ค่าการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่เราพบบ่อยที่สุดใน ชีวิตประจำวันแสดงในแผนภาพด้านล่าง เมื่อดูจากแผนภาพนี้ จะเห็นได้ชัดว่าเราสัมผัสกับสนามแม่เหล็กตลอดเวลาและทุกที่ นักวิทยาศาสตร์บางคนกล่าวว่าสนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำมากกว่า 0.2 µT ถือเป็นอันตราย โดยธรรมชาติแล้ว ควรใช้มาตรการป้องกันบางอย่างเพื่อป้องกันตนเองจากผลร้ายของพื้นที่รอบๆ ตัวเรา ทำได้แค่ไม่กี่อย่าง กติกาง่ายๆคุณสามารถลดการสัมผัสกับสนามแม่เหล็กของร่างกายได้อย่างมาก

SanPiN 2.1.2.2801-10 ปัจจุบัน "การเปลี่ยนแปลงและการเพิ่มหมายเลข 1 เป็น SanPiN 2.1.2.2645-10 "ข้อกำหนดด้านสุขอนามัยและระบาดวิทยาสำหรับสภาพความเป็นอยู่ในอาคารที่อยู่อาศัยและสถานที่" กล่าวว่า "สูงสุด ระดับที่อนุญาตการลดลงของสนามแม่เหล็กโลกในสถานที่ อาคารที่อยู่อาศัยถูกตั้งค่าเป็น 1.5" นอกจากนี้ยังตั้งค่าความเข้มและความแรงของสนามแม่เหล็กที่ความถี่ 50 Hz สูงสุดที่อนุญาต:

• ในห้องนั่งเล่น - 5 μTหรือ 4 A/m;
• ใน ที่ไม่ใช่ที่อยู่อาศัยอาคารที่อยู่อาศัยในเขตที่อยู่อาศัยรวมถึงในอาณาเขตของสวน - 10 μTหรือ 8 A/m.

ตามมาตรฐานเหล่านี้ ทุกคนสามารถคำนวณจำนวนเครื่องใช้ไฟฟ้าที่สามารถเปิดและอยู่ในสถานะสแตนด์บายในแต่ละห้องได้ หรือตามคำแนะนำที่จะออกเพื่อทำให้พื้นที่อยู่อาศัยเป็นปกติ

วิดีโอที่เกี่ยวข้อง

หนังวิทยาศาสตร์เรื่องเล็กๆ เกี่ยวกับสนามแม่เหล็กโลก

อ้างอิง

1. สารานุกรมแห่งสหภาพโซเวียตผู้ยิ่งใหญ่

เป็นที่ทราบกันดีว่าสนามแม่เหล็กมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน ที่ทำงาน และใน การวิจัยทางวิทยาศาสตร์. พอเพียงเพื่อตั้งชื่ออุปกรณ์เช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสสลับ, มอเตอร์ไฟฟ้า, รีเลย์, คันเร่ง อนุภาคมูลฐานและเซ็นเซอร์ต่างๆ ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมว่าสนามแม่เหล็กคืออะไรและก่อตัวอย่างไร

สนามแม่เหล็กคืออะไร - คำนิยาม

สนามแม่เหล็กเป็นสนามแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุที่เคลื่อนที่ ขนาดของสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลง ตามคุณลักษณะนี้ สนามแม่เหล็กสองประเภทมีความโดดเด่น: ไดนามิกและความโน้มถ่วง

สนามแม่เหล็กโน้มถ่วงเกิดขึ้นใกล้กับอนุภาคมูลฐานเท่านั้นและเกิดขึ้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของโครงสร้าง แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กแบบไดนามิกคือการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าหรือวัตถุที่มีประจุ ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน และสารที่เป็นแม่เหล็ก

คุณสมบัติของสนามแม่เหล็ก

André Ampere นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสผู้ยิ่งใหญ่ได้ค้นพบคุณสมบัติพื้นฐานสองประการของสนามแม่เหล็ก:

1. ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสนามแม่เหล็กกับสนามไฟฟ้ากับคุณสมบัติหลักของมันคือสัมพัทธ์ หากคุณนำร่างที่มีประจุไฟฟ้า ปล่อยให้มันนิ่งอยู่ในกรอบอ้างอิงใดๆ และวางเข็มแม่เหล็กไว้ใกล้ ๆ ร่างกายก็จะชี้ไปทางเหนือตามปกติ กล่าวคือจะตรวจไม่พบสนามอื่นใดนอกจากพื้นโลก หากคุณเริ่มเคลื่อนที่วัตถุที่มีประจุนี้สัมพันธ์กับลูกศร วัตถุนั้นจะเริ่มหมุน ซึ่งบ่งชี้ว่าเมื่อวัตถุที่มีประจุเคลื่อนที่ สนามแม่เหล็กก็เกิดขึ้นเช่นกัน นอกเหนือจากสนามแม่เหล็ก ดังนั้นสนามแม่เหล็กจะปรากฏขึ้นก็ต่อเมื่อมีประจุเคลื่อนที่
2. สนามแม่เหล็กกระทำกับกระแสไฟฟ้าอื่น ดังนั้น คุณสามารถตรวจจับได้โดยการติดตามการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ - ในสนามแม่เหล็กที่พวกมันจะเบี่ยงเบน ตัวนำที่มีกระแสจะเคลื่อนที่ เฟรมที่มีกระแสจะหมุน สารที่เป็นแม่เหล็กจะเปลี่ยนไป ที่นี่เราควรจำเข็มเข็มทิศแม่เหล็กซึ่งมักจะทาสีใน สีฟ้า- เป็นเพียงเศษเหล็กแม่เหล็ก มันชี้ไปทางเหนือเสมอเพราะโลกมีสนามแม่เหล็ก โลกทั้งใบของเราเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่: แถบแม่เหล็กใต้ตั้งอยู่ที่ขั้วโลกเหนือ และขั้วโลกเหนือตั้งอยู่ที่ขั้วโลกใต้

นอกจากนี้ คุณสมบัติของสนามแม่เหล็กยังมีลักษณะดังต่อไปนี้:

1. ความแรงของสนามแม่เหล็กอธิบายได้ด้วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ซึ่งเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่กำหนดความแรงของสนามแม่เหล็กที่ส่งผลต่อประจุที่เคลื่อนที่
2. สนามแม่เหล็กสามารถเป็นชนิดคงที่และแปรผันได้ สนามแรกถูกสร้างขึ้นโดยสนามไฟฟ้าที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา การเหนี่ยวนำของสนามดังกล่าวก็ไม่เปลี่ยนแปลงเช่นกัน ประการที่สองมักถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวเหนี่ยวนำที่ขับเคลื่อนโดยกระแสสลับ
3. ประสาทสัมผัสของมนุษย์ไม่สามารถรับรู้สนามแม่เหล็กได้และบันทึกโดยเซ็นเซอร์พิเศษเท่านั้น

เมื่อต่อกับตัวนำคู่ขนาน กระแสไฟฟ้าพวกเขาจะดึงดูดหรือขับไล่ขึ้นอยู่กับทิศทาง (ขั้ว) ของกระแสที่เชื่อมต่อ สิ่งนี้อธิบายได้จากการปรากฏตัวของสสารชนิดพิเศษที่อยู่รอบๆ ตัวนำเหล่านี้ สสารนี้เรียกว่าสนามแม่เหล็ก (MF) แรงแม่เหล็กคือแรงที่ตัวนำกระทำต่อกัน

ทฤษฎีแม่เหล็กเกิดขึ้นในสมัยโบราณในอารยธรรมโบราณของเอเชีย ในแมกนีเซีย บนภูเขา พวกเขาพบหินชนิดพิเศษ ซึ่งสามารถดึงดูดซึ่งกันและกันได้ ตามชื่อสถานที่ สายพันธุ์นี้เรียกว่า "แม่เหล็ก" แท่งแม่เหล็กประกอบด้วยสองขั้ว คุณสมบัติของแม่เหล็กนั้นเด่นชัดเป็นพิเศษที่ขั้ว

แม่เหล็กที่ห้อยอยู่บนเส้นด้ายจะแสดงด้านข้างของขอบฟ้าพร้อมกับเสา เสาของมันจะหันไปทางทิศเหนือและทิศใต้ เข็มทิศทำงานบนหลักการนี้ แม่เหล็กสองขั้วตรงข้ามกันดึงดูดและเหมือนขั้วผลัก

นักวิทยาศาสตร์พบว่าเข็มแม่เหล็กซึ่งอยู่ใกล้กับตัวนำจะเบี่ยงเบนเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน นี่แสดงให้เห็นว่ามี MF เกิดขึ้นรอบๆ

สนามแม่เหล็กส่งผลกระทบต่อ:

การเคลื่อนตัวของประจุไฟฟ้า
สารที่เรียกว่าเฟอโรแมกเนต์: เหล็ก เหล็กหล่อ โลหะผสมของพวกมัน

แม่เหล็กถาวรคือวัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็กร่วมของอนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอน)

1 - ขั้วใต้ของแม่เหล็ก
2 - ขั้วเหนือของแม่เหล็ก
3 - MP ในตัวอย่างตะไบโลหะ
4 - ทิศทางของสนามแม่เหล็ก

เส้นสนามจะปรากฏขึ้นเมื่อแม่เหล็กถาวรเข้าใกล้แผ่นกระดาษที่ชั้นของตะไบเหล็กเทลงไป รูปแสดงตำแหน่งของเสาอย่างชัดเจนด้วยเส้นแรงที่กำหนด

แหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็ก

• สนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา
• ค่ามือถือ.
• แม่เหล็กถาวร

เรารู้จักแม่เหล็กถาวรมาตั้งแต่เด็ก พวกมันถูกใช้เป็นของเล่นที่ดึงดูดชิ้นส่วนโลหะต่างๆ ติดกับตู้เย็น ประกอบเป็นของเล่นต่างๆ

ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่มักจะมีพลังงานแม่เหล็กมากกว่าแม่เหล็กถาวร

คุณสมบัติ

• หัวหน้า จุดเด่นและคุณสมบัติของสนามแม่เหล็กคือสัมพัทธภาพ หากวัตถุที่มีประจุอยู่นิ่งในกรอบอ้างอิงใดกรอบหนึ่ง และวางเข็มแม่เหล็กไว้ใกล้ ๆ วัตถุนั้นจะชี้ไปทางทิศเหนือ และในขณะเดียวกัน วัตถุนั้นจะไม่ "รู้สึก" กับสนามภายนอก ยกเว้นสนามโลก . และหากวัตถุที่มีประจุเริ่มเคลื่อนเข้าใกล้ลูกศร สนามแม่เหล็กก็จะปรากฏขึ้นรอบๆ ตัว เป็นผลให้เป็นที่ชัดเจนว่า MF เกิดขึ้นเมื่อประจุบางอย่างเคลื่อนที่เท่านั้น
• สนามแม่เหล็กสามารถมีอิทธิพลและมีอิทธิพลต่อกระแสไฟฟ้าได้ สามารถตรวจจับได้โดยการตรวจสอบการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่มีประจุ ในสนามแม่เหล็ก อนุภาคที่มีประจุจะเบี่ยงเบน ตัวนำที่มีกระแสจะเคลื่อนที่ เฟรมที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟจะหมุน และวัสดุที่เป็นแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ในระยะทางที่กำหนด เข็มเข็มทิศมักเป็นสีน้ำเงิน เป็นแถบเหล็กแม่เหล็ก เข็มทิศจะมุ่งไปทางทิศเหนือเสมอ เนื่องจากโลกมีสนามแม่เหล็ก โลกทั้งใบเปรียบเสมือนแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่มีขั้วของมัน

อวัยวะของมนุษย์ไม่รับรู้สนามแม่เหล็กและสามารถตรวจจับได้ด้วยอุปกรณ์และเซ็นเซอร์พิเศษเท่านั้น เป็นตัวแปรและถาวร กระแสสลับมักจะถูกสร้างขึ้นโดยตัวเหนี่ยวนำพิเศษที่ทำงานบนกระแสสลับ สนามคงที่เกิดขึ้นจากสนามไฟฟ้าคงที่

กฎ

พิจารณากฎพื้นฐานสำหรับภาพของสนามแม่เหล็กสำหรับตัวนำต่างๆ

กฎของกิมเล็ต

เส้นแรงแสดงอยู่ในระนาบซึ่งทำมุม 90 0 กับเส้นทางปัจจุบัน เพื่อที่แรงจะถูกส่งไปยังเส้นแนวสัมผัสในแต่ละจุด

ในการกำหนดทิศทางของแรงแม่เหล็ก คุณต้องจำกฎของวงแหวนด้วยเกลียวขวา

วงแหวนต้องอยู่ในตำแหน่งเดียวกับแกนเวกเตอร์ปัจจุบัน ที่จับต้องหมุนเพื่อให้วงแหวนเคลื่อนที่ไปในทิศทางของทิศทาง ในกรณีนี้ การวางแนวของเส้นจะถูกกำหนดโดยการหมุนที่จับของวงแหวน

กฎแหวนวงแหวน

การเคลื่อนที่แบบแปลนของวงแหวนในตัวนำซึ่งทำขึ้นในรูปของวงแหวน แสดงให้เห็นว่าการเหนี่ยวนำมีทิศทางอย่างไร การหมุนเกิดขึ้นพร้อมกับกระแสไฟ

เส้นแรงมีความต่อเนื่องภายในแม่เหล็กและไม่สามารถเปิดได้

สนามแม่เหล็ก แหล่งต่างๆรวมกันเป็นหนึ่ง ในการทำเช่นนั้น พวกเขาสร้างเขตข้อมูลร่วมกัน

แม่เหล็กที่มีขั้วเดียวกันจะผลักกัน ในขณะที่แม่เหล็กที่มีขั้วต่างกันจะดึงดูดกัน คุณค่าของความแข็งแกร่งของการโต้ตอบขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างพวกเขา เมื่อเสาเข้าใกล้ แรงจะเพิ่มขึ้น

พารามิเตอร์สนามแม่เหล็ก

• ห่วงโซ่กระแส ( Ψ ).
• เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ( ที่).
• สนามแม่เหล็ก ( F).

ความเข้มของสนามแม่เหล็กคำนวณโดยขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กซึ่งขึ้นอยู่กับแรง F และเกิดจากกระแส I ผ่านตัวนำที่มีความยาว ล.: V \u003d F / (ฉัน * ล.).

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กวัดในเทสลา (Tl) เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาปรากฏการณ์ของสนามแม่เหล็กและจัดการกับวิธีการคำนวณ 1 T เท่ากับการเหนี่ยวนำของฟลักซ์แม่เหล็กโดยแรง 1 หนูยาว 1mตัวนำตรงเป็นมุม 90 0 ไปในทิศทางของสนามโดยมีกระแสไหลหนึ่งแอมแปร์:

1 T = 1 x H / (A x m)

กฎมือซ้าย

กฎจะหาทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

หากฝ่ามือซ้ายอยู่ในสนามเพื่อให้เส้นสนามแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือจากขั้วโลกเหนือที่ 90 0 และวาง 4 นิ้วตามกระแส นิ้วหัวแม่มือแสดงทิศทางของแรงแม่เหล็ก

หากตัวนำอยู่ในมุมที่ต่างกัน แรงจะขึ้นอยู่กับกระแสโดยตรงและการฉายของตัวนำบนระนาบในมุมฉาก

แรงไม่ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุตัวนำและหน้าตัดของมัน หากไม่มีตัวนำและประจุเคลื่อนที่ในตัวกลางอื่น แรงก็จะไม่เปลี่ยนแปลง

เมื่อทิศทางของเวกเตอร์สนามแม่เหล็กไปในทิศทางเดียว เรียกว่า สนามสม่ำเสมอ สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันส่งผลต่อขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำ

สนามแม่เหล็ก

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ไหลผ่านบางพื้นที่ S และถูกจำกัดโดยบริเวณนี้เป็นฟลักซ์แม่เหล็ก

หากพื้นที่มีความชันที่มุมบางมุม α กับเส้นเหนี่ยวนำ ฟลักซ์แม่เหล็กจะลดลงตามขนาดของโคไซน์ของมุมนี้ ค่าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นเมื่อพื้นที่อยู่ที่มุมฉากกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก:

F \u003d B * S.

ฟลักซ์แม่เหล็กถูกวัดในหน่วยเช่น "เวเบอร์"ซึ่งเท่ากับการไหลของการเหนี่ยวนำโดยค่า 1 Tตามพื้นที่ใน 1 ม. 2.

การเชื่อมโยงฟลักซ์

แนวคิดนี้ใช้ในการสร้าง ความหมายทั่วไปฟลักซ์แม่เหล็กซึ่งสร้างขึ้นจากตัวนำจำนวนหนึ่งซึ่งอยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็ก

เมื่อกระแสเดียวกัน ฉันไหลผ่านขดลวดด้วยจำนวนรอบ n ฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดที่เกิดขึ้นจากการเลี้ยวทั้งหมดคือการเชื่อมโยงฟลักซ์

การเชื่อมโยงฟลักซ์ Ψ วัดเป็นเวเบอร์และเท่ากับ: Ψ = n * F.

คุณสมบัติของแม่เหล็ก

การซึมผ่านจะกำหนดว่าสนามแม่เหล็กในตัวกลางนั้นต่ำกว่าหรือสูงกว่าการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในสุญญากาศมากเพียงใด สารจะเรียกว่าเป็นแม่เหล็กถ้ามีสนามแม่เหล็กของตัวเอง เมื่อสสารถูกวางลงในสนามแม่เหล็ก สารนั้นจะกลายเป็นแม่เหล็ก

นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดสาเหตุที่ร่างกายได้รับสมบัติทางแม่เหล็ก ตามสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์ มีกระแสไฟฟ้าขนาดจุลทรรศน์ภายในสาร อิเล็กตรอนมีโมเมนต์แม่เหล็กของตัวเอง ซึ่งมีลักษณะเป็นควอนตัม เคลื่อนที่ไปตามวงโคจรของอะตอม เป็นกระแสขนาดเล็กเหล่านี้ที่กำหนดคุณสมบัติของแม่เหล็ก

หากกระแสน้ำเคลื่อนที่แบบสุ่ม แสดงว่าสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสน้ำนั้นชดเชยตัวเองได้ สนามภายนอกทำให้กระแสได้รับคำสั่งจึงเกิดสนามแม่เหล็กขึ้น นี่คือการสะกดจิตของสาร

สารต่างๆ สามารถแบ่งออกได้ตามคุณสมบัติของปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็ก

พวกเขาแบ่งออกเป็นกลุ่ม:

พาราแมกเนติก- สารที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กในทิศทางของสนามภายนอก มีโอกาสเกิดสนามแม่เหล็กต่ำ พวกเขามีความแข็งแกร่งของสนามในเชิงบวก สารเหล่านี้ได้แก่ เฟอริกคลอไรด์ แมงกานีส แพลตตินั่ม ฯลฯ
เฟอร์ริแม็กเน็ต- สารที่มีโมเมนต์แม่เหล็กที่ไม่สมดุลในทิศทางและค่า พวกมันโดดเด่นด้วยการปรากฏตัวของ antiferromanetism ที่ไม่ได้รับการชดเชย ความแรงของสนามและอุณหภูมิส่งผลต่อความไวต่อสนามแม่เหล็ก (ออกไซด์ต่างๆ)
เฟอร์โรแม่เหล็ก- สารที่มีความอ่อนไหวทางบวกเพิ่มขึ้น ขึ้นอยู่กับความเข้มและอุณหภูมิ (ผลึกของโคบอลต์ นิกเกิล ฯลฯ)
ไดอะแมกเนติก– มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กในทิศทางตรงกันข้ามกับสนามภายนอก กล่าวคือ ความหมายเชิงลบความไวต่อแม่เหล็ก เป็นอิสระจากความเข้ม ในกรณีที่ไม่มีสนาม สารนี้จะไม่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก สารเหล่านี้ได้แก่ เงิน บิสมัท ไนโตรเจน สังกะสี ไฮโดรเจน และสารอื่นๆ
สารต้านแม่เหล็ก - มีโมเมนต์แม่เหล็กที่สมดุล ส่งผลให้เกิดการก่อตัว ระดับต่ำการสะกดจิตของสสาร เมื่อถูกความร้อน พวกมันจะผ่านการเปลี่ยนเฟสของสาร ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นพาราแมกเนติก เมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าค่าที่กำหนด คุณสมบัติดังกล่าวจะไม่ปรากฏ (โครเมียม แมงกานีส)

แม่เหล็กที่พิจารณายังแบ่งออกเป็นสองประเภทเพิ่มเติม:

วัสดุแม่เหล็กอ่อน . พวกเขามีกำลังบังคับต่ำ ในสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอพวกเขาสามารถอิ่มตัวได้ ในระหว่างกระบวนการกลับตัวเป็นแม่เหล็ก พวกมันมีการสูญเสียที่ไม่มีนัยสำคัญ ส่งผลให้วัสดุดังกล่าวถูกนำมาใช้ในการผลิตแกน อุปกรณ์ไฟฟ้าทำงานโดยใช้แรงดันไฟสลับ ( , เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, ).
แม่เหล็กแข็งวัสดุ. พวกเขามีค่าแรงบีบบังคับเพิ่มขึ้น ในการทำให้เป็นแม่เหล็กใหม่ ต้องใช้สนามแม่เหล็กแรงสูง วัสดุดังกล่าวใช้ในการผลิตแม่เหล็กถาวร

คุณสมบัติของแม่เหล็ก สารต่างๆพบการใช้งานในการออกแบบทางเทคนิคและสิ่งประดิษฐ์

วงจรแม่เหล็ก

การรวมตัวคูณ สารแม่เหล็กเรียกว่าวงจรแม่เหล็ก มีความคล้ายคลึงกันและถูกกำหนดโดยกฎคณิตศาสตร์ที่คล้ายคลึงกัน

ขึ้นอยู่กับวงจรแม่เหล็ก อุปกรณ์ไฟฟ้า, ตัวเหนี่ยวนำ, . ในแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำงานอยู่ กระแสจะไหลผ่านวงจรแม่เหล็กที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กและอากาศ ซึ่งไม่ใช่เฟอร์โรแม่เหล็ก การรวมกันของส่วนประกอบเหล่านี้เป็นวงจรแม่เหล็ก อุปกรณ์ไฟฟ้าจำนวนมากมีวงจรแม่เหล็กในการออกแบบ

เพื่อให้เข้าใจถึงลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็ก ควรมีการกำหนดปรากฏการณ์มากมาย ในเวลาเดียวกัน คุณต้องจำไว้ล่วงหน้าว่ามันปรากฏอย่างไรและทำไม หาว่าคุณลักษณะด้านกำลังของสนามแม่เหล็กคืออะไร สิ่งสำคัญคือสนามดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เฉพาะในแม่เหล็กเท่านั้น ในเรื่องนี้ ไม่ต้องพูดถึงลักษณะของสนามแม่เหล็กโลก

การเกิดขึ้นของสนาม

ในการเริ่มต้น มีความจำเป็นต้องอธิบายลักษณะที่ปรากฏของสนาม หลังจากนั้น คุณสามารถอธิบายสนามแม่เหล็กและลักษณะของมันได้ ปรากฏขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ สามารถส่งผลกระทบต่อตัวนำไฟฟ้าโดยเฉพาะ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กกับประจุที่เคลื่อนที่ หรือตัวนำซึ่งกระแสไหลผ่าน เกิดขึ้นเนื่องจากแรงที่เรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า

ลักษณะความเข้มหรือกำลังของสนามแม่เหล็กที่จุดเชิงพื้นที่กำหนดโดยใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก หลังแสดงด้วยสัญลักษณ์ B.

การแสดงกราฟิกของสนาม

สนามแม่เหล็กและลักษณะของสนามแม่เหล็กสามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกได้โดยใช้เส้นเหนี่ยวนำ คำจำกัดความนี้เรียกว่า เส้น แทนเจนต์ที่จุดใดจุดหนึ่งจะตรงกับทิศทางของเวกเตอร์ y ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

เส้นเหล่านี้รวมอยู่ในลักษณะของสนามแม่เหล็กและใช้เพื่อกำหนดทิศทางและความเข้มของสนามแม่เหล็ก ยิ่งความเข้มของสนามแม่เหล็กสูงเท่าใด เส้นข้อมูลจะถูกวาดมากขึ้นเท่านั้น

เส้นแม่เหล็กคืออะไร

เส้นแม่เหล็กในตัวนำเป็นเส้นตรงที่มีกระแสมีรูปร่างเป็นวงกลมศูนย์กลาง ซึ่งจุดศูนย์กลางอยู่ที่แกนของตัวนำนี้ ทิศทางของเส้นแม่เหล็กใกล้กับตัวนำที่มีกระแสจะถูกกำหนดโดยกฎของวงแหวนซึ่งฟังดังนี้: ถ้าวงแหวนถูกตั้งอยู่เพื่อที่จะถูกขันเข้าไปในตัวนำในทิศทางของกระแสแล้วทิศทางของ การหมุนของที่จับสอดคล้องกับทิศทางของเส้นแม่เหล็ก

สำหรับขดลวดที่มีกระแส ทิศทางของสนามแม่เหล็กจะถูกกำหนดโดยกฎวงแหวน นอกจากนี้ยังต้องหมุนที่จับไปในทิศทางของกระแสในการหมุนของโซลินอยด์ ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะสอดคล้องกับทิศทางของการเคลื่อนที่แบบแปลนของวงแหวน

เป็นลักษณะสำคัญของสนามแม่เหล็ก

สร้างขึ้นโดยกระแสน้ำหนึ่งกระแสภายใต้สภาวะที่เท่ากัน สนามจะมีความเข้มต่างกันในสื่อต่างๆ เนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่แตกต่างกันในสารเหล่านี้ คุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลางมีลักษณะการซึมผ่านของแม่เหล็กแบบสัมบูรณ์ มีหน่วยวัดเป็นเฮนรี่ต่อเมตร (g/m)

ลักษณะของสนามแม่เหล็กรวมถึงการซึมผ่านของแม่เหล็กแบบสัมบูรณ์ของสุญญากาศ เรียกว่าค่าคงที่แม่เหล็ก ค่าที่กำหนดจำนวนครั้งของการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมบูรณ์ของตัวกลางจะแตกต่างจากค่าคงที่ที่เรียกว่าค่าสัมพัทธ์การซึมผ่านของแม่เหล็ก

การซึมผ่านของสารแม่เหล็ก

นี่เป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ สารที่มีค่าการซึมผ่านได้น้อยกว่าหนึ่งเรียกว่าไดแม่เหล็ก ในสารเหล่านี้สนามจะอ่อนแอกว่าในสุญญากาศ คุณสมบัติเหล่านี้มีอยู่ในไฮโดรเจน น้ำ ควอทซ์ เงิน ฯลฯ

สื่อที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กมากกว่าความเป็นเอกภาพเรียกว่าพาราแมกเนติก ในสารเหล่านี้สนามจะแข็งแกร่งกว่าในสุญญากาศ สื่อและสารเหล่านี้ได้แก่ อากาศ อะลูมิเนียม ออกซิเจน แพลตตินั่ม

ในกรณีของสารพาราแมกเนติกและไดอะแมกเนติก ค่าของการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กจะไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของสนามแม่เหล็กภายนอก ซึ่งหมายความว่าค่าคงที่สำหรับสารเฉพาะ

Ferromagnets อยู่ในกลุ่มพิเศษ สำหรับสารเหล่านี้ การซึมผ่านของแม่เหล็กจะสูงถึงหลายพันหรือมากกว่า สารเหล่านี้ซึ่งมีคุณสมบัติในการทำให้เป็นแม่เหล็กและขยายสนามแม่เหล็ก มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า

ความแรงของสนาม

ในการกำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กร่วมกับเวคเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก สามารถใช้ค่าที่เรียกว่าความแรงของสนามแม่เหล็กได้ คำนี้กำหนดความเข้มของสนามแม่เหล็กภายนอก ทิศทางของสนามแม่เหล็กในตัวกลางด้วย คุณสมบัติเดียวกันเวกเตอร์ความเข้มจะตรงกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่จุดสนามในทุกทิศทาง

จุดแข็งของเฟอโรแมกเนติกนั้นอธิบายได้จากชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กโดยพลการ ซึ่งสามารถแสดงเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กได้

ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก สารเฟอร์โรแมกเนติกอาจไม่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่เด่นชัด เนื่องจากสนามโดเมนมีทิศทางที่แตกต่างกัน และสนามแม่เหล็กรวมของพวกมันจะเป็นศูนย์

ตามลักษณะสำคัญของสนามแม่เหล็ก ถ้าวางเฟอร์โรแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กภายนอก เช่น ในขดลวดที่มีกระแส จากนั้นภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอก โดเมนจะหมุนไปในทิศทางของสนามภายนอก . นอกจากนี้สนามแม่เหล็กที่ขดลวดจะเพิ่มขึ้นและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น หากสนามภายนอกอ่อนแอเพียงพอ จะมีเพียงส่วนหนึ่งของโดเมนทั้งหมดที่สนามแม่เหล็กเข้าใกล้ทิศทางของสนามภายนอกเท่านั้นที่จะพลิกกลับ เมื่อความแรงของสนามภายนอกเพิ่มขึ้น จำนวนโดเมนที่หมุนจะเพิ่มขึ้น และเมื่อ ค่าบางอย่างแรงดันไฟฟ้าของสนามภายนอก เกือบทุกส่วนจะถูกปรับใช้เพื่อให้สนามแม่เหล็กอยู่ในทิศทางของสนามภายนอก สถานะนี้เรียกว่าความอิ่มตัวของแม่เหล็ก

ความสัมพันธ์ระหว่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กและความเข้ม

ความสัมพันธ์ระหว่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสารเฟอร์โรแมกเนติกกับความแรงของสนามภายนอกสามารถแสดงได้โดยใช้กราฟที่เรียกว่าเส้นโค้งการทำให้เป็นแม่เหล็ก ที่ส่วนโค้งของกราฟเส้นโค้ง อัตราการเพิ่มขึ้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะลดลง หลังจากโค้งงอซึ่งความตึงเครียดถึงค่าหนึ่ง ความอิ่มตัวจะเกิดขึ้น และส่วนโค้งจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ค่อยๆ ได้รูปร่างของเส้นตรง ในส่วนนี้ การเหนี่ยวนำยังคงเติบโต แต่ค่อนข้างช้าและเนื่องมาจากความแข็งแกร่งของสนามภายนอกที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น

การพึ่งพากราฟิกของตัวบ่งชี้เหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นโดยตรง ซึ่งหมายความว่าอัตราส่วนของพวกมันไม่คงที่ และการซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุไม่ใช่ตัวบ่งชี้ที่คงที่ แต่ขึ้นอยู่กับสนามภายนอก

การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติแม่เหล็กของวัสดุ

ด้วยการเพิ่มกระแสความอิ่มตัวของกระแสให้เต็มในขดลวดที่มีแกนเฟอร์โรแมกเนติกและการลดลงในภายหลัง เส้นโค้งการทำให้เป็นแม่เหล็กจะไม่ตรงกับเส้นล้างอำนาจแม่เหล็ก เมื่อความเข้มเป็นศูนย์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะไม่มีค่าเท่ากัน แต่จะได้รับตัวบ่งชี้ที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กตกค้าง สถานการณ์ที่มีความล้าหลังของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจากแรงแม่เหล็กเรียกว่าฮิสเทรีซิส

ในการล้างอำนาจแม่เหล็กของแกนเฟอร์โรแมกเนติกในขดลวดให้สมบูรณ์ จำเป็นต้องให้กระแสย้อนกลับ ซึ่งจะสร้างความตึงเครียดที่จำเป็น สำหรับสารเฟอร์โรแมกเนติกชนิดต่างๆ จำเป็นต้องใช้ส่วนที่มีความยาวต่างกัน ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใดก็ยิ่งต้องการพลังงานมากขึ้นสำหรับการล้างอำนาจแม่เหล็ก ค่าที่วัสดุถูกล้างอำนาจแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์เรียกว่าแรงบีบบังคับ

ด้วยกระแสที่เพิ่มขึ้นในขดลวด การเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งเป็นดัชนีความอิ่มตัว แต่มีทิศทางที่แตกต่างกันของเส้นแม่เหล็ก เมื่อล้างอำนาจแม่เหล็กในทิศทางตรงกันข้าม จะได้การเหนี่ยวนำที่เหลือ ปรากฏการณ์แม่เหล็กตกค้างถูกใช้เพื่อสร้างแม่เหล็กถาวรจากสารที่มีสนามแม่เหล็กตกค้างสูง จากสารที่มีความสามารถในการสร้างแม่เหล็กใหม่ แกนถูกสร้างขึ้นสำหรับเครื่องจักรและอุปกรณ์ไฟฟ้า

กฎมือซ้าย

แรงที่กระทำต่อตัวนำที่มีกระแสมีทิศทางที่กำหนดโดยกฎของมือซ้าย: เมื่อฝ่ามือของมือบริสุทธิ์อยู่ในลักษณะที่ เส้นแม่เหล็กป้อนและขยายสี่นิ้วไปในทิศทางของกระแสในตัวนำนิ้วโป้งที่งอจะแสดงทิศทางของแรง แรงนี้ตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำและกระแส

ตัวนำพากระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กถือเป็นต้นแบบของมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งมีการเปลี่ยนแปลง พลังงานไฟฟ้าเป็นเครื่องกล

กฎมือขวา

ระหว่างการเคลื่อนที่ของตัวนำในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าภายในตัวนำ ซึ่งมีค่าตามสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ความยาวของตัวนำที่เกี่ยวข้อง และความเร็วของการเคลื่อนที่ การพึ่งพาอาศัยกันนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อกำหนดทิศทางของ EMF ที่เหนี่ยวนำในตัวนำจะใช้กฎ มือขวา: เมื่อมือขวาอยู่ในตำแหน่งเดียวกับในตัวอย่างทางด้านซ้าย เส้นแม่เหล็กจะเข้าสู่ฝ่ามือ และนิ้วโป้งระบุทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำ นิ้วที่ยื่นออกจะระบุทิศทางของ EMF ที่เหนี่ยวนำ การเคลื่อนที่ในกระแสแม่เหล็กภายใต้อิทธิพลของภายนอก แรงทางกลตัวนำเป็นตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งพลังงานกลถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

สามารถกำหนดสูตรได้แตกต่างกัน: ในวงจรปิด EMF จะถูกเหนี่ยวนำโดยการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในฟลักซ์แม่เหล็กที่ครอบคลุมโดยวงจรนี้ EDE ในวงจรจะเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ครอบคลุมวงจรนี้

แบบฟอร์มนี้แสดงตัวบ่งชี้ EMF เฉลี่ยและบ่งชี้การพึ่งพา EMF ไม่ใช่ฟลักซ์แม่เหล็ก แต่ขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลง

กฎของเลนซ์

คุณต้องจำกฎของเลนซ์ด้วย: กระแสที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ผ่านวงจรด้วยสนามแม่เหล็กจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงนี้ หากการหมุนของขดลวดถูกเจาะโดยฟลักซ์แม่เหล็กที่มีขนาดต่างกัน ดังนั้น EMF ที่เหนี่ยวนำบนขดลวดทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของ EMF ในการหมุนที่ต่างกัน ผลรวมของฟลักซ์แม่เหล็กของรอบต่าง ๆ ของขดลวดเรียกว่าฟลักซ์เชื่อมโยง หน่วยวัดปริมาณนี้ เช่นเดียวกับฟลักซ์แม่เหล็ก คือ เวเบอร์

เมื่อกระแสไฟฟ้าในวงจรเปลี่ยนแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นจากกระแสไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนไปด้วย อย่างไรก็ตามตามกฎหมาย การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเกิด EMF ภายในตัวนำ ปรากฏขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของกระแสในตัวนำ ดังนั้นปรากฏการณ์นี้จึงเรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง และ EMF ที่เหนี่ยวนำในตัวนำจึงเรียกว่า EMF แบบเหนี่ยวนำตนเอง

การเชื่อมโยงฟลักซ์และฟลักซ์แม่เหล็กไม่เพียงขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับขนาดและรูปร่างของตัวนำที่กำหนด และการซึมผ่านของแม่เหล็กของสารโดยรอบด้วย

ตัวเหนี่ยวนำ

ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าการเหนี่ยวนำของตัวนำ หมายถึงความสามารถของตัวนำในการสร้างฟลักซ์เชื่อมโยงเมื่อไฟฟ้าไหลผ่าน นี่เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์หลักของวงจรไฟฟ้า สำหรับวงจรบางวงจร การเหนี่ยวนำจะเป็นค่าคงที่ จะขึ้นอยู่กับขนาดของรูปร่าง การกำหนดค่า และการซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลาง ในกรณีนี้ความแรงของกระแสในวงจรและฟลักซ์แม่เหล็กจะไม่มีความสำคัญ

คำจำกัดความและปรากฏการณ์ข้างต้นให้คำอธิบายว่าสนามแม่เหล็กคืออะไร นอกจากนี้ยังให้คุณสมบัติหลักของสนามแม่เหล็กด้วยความช่วยเหลือซึ่งเป็นไปได้ที่จะกำหนดปรากฏการณ์นี้