สนามแม่เหล็ก คุณสมบัติของสนามแม่เหล็ก
แหล่งที่มา สนามแม่เหล็กคงที่ (PMF)ในที่ทำงานมีทั้งแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กไฟฟ้า ระบบไฟฟ้ากระแสตรงสูง (สายส่งไฟฟ้ากระแสตรง อ่างอิเล็กโทรไลต์ ฯลฯ)
แม่เหล็กถาวรและแม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือวัด ในแหวนรองแม่เหล็กของเครน ในเครื่องแยกแม่เหล็ก ในอุปกรณ์สำหรับการบำบัดน้ำด้วยแม่เหล็ก ในเครื่องกำเนิดแมกนีโตไฮโดรไดนามิก (MHD) การติดตั้งด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) และการติดตั้งด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของอิเล็กตรอนพาราแมกเนติก (EPR) เช่นเดียวกับการปฏิบัติกายภาพบำบัด
หลัก พารามิเตอร์ทางกายภาพซึ่งเป็นลักษณะของ PMP คือ ความแรงของสนามแม่เหล็ก (N) ฟลักซ์แม่เหล็ก (F) และการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (V) ในระบบ SI หน่วยวัดแรงดึงคือ สนามแม่เหล็กเป็น แอมแปร์ ต่อเมตร (A/m) ฟลักซ์แม่เหล็ก - เวเบอร์ (Wb ) ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก (การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก) - เทสลา (T ).
มีการระบุการเปลี่ยนแปลงภาวะสุขภาพของผู้คนที่ทำงานกับแหล่งที่มาของ PMF บ่อยครั้งที่การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ปรากฏในรูปแบบของดีสโทเนียทางพืช, กลุ่มอาการ asthenovegetative และ vasovegetative ต่อพ่วงหรือรวมกัน
ตามมาตรฐานปัจจุบันในประเทศของเรา (“ระดับการสัมผัสสนามแม่เหล็กคงที่สูงสุดที่อนุญาตเมื่อทำงานกับอุปกรณ์แม่เหล็กและวัสดุแม่เหล็ก” หมายเลข 1742-77) แรงดันไฟฟ้า PMF ในสถานที่ทำงานไม่ควรเกิน 8 kA/m (10 mT) ). ระดับ PMF ที่อนุญาตที่แนะนำโดยคณะกรรมการระหว่างประเทศว่าด้วยรังสีที่ไม่ก่อให้เกิดไอออน (1991) จะแตกต่างกันไปตามประชากร สถานที่สัมผัส และเวลาทำงาน สำหรับมืออาชีพ: 0.2 T - เปิดรับเต็มเวลา (8 ชั่วโมง) 2 T - เมื่อสัมผัสกับร่างกายในระยะสั้น 5 T - เมื่อสัมผัสมือในระยะสั้น สำหรับประชากร ระดับการสัมผัส PMF อย่างต่อเนื่องไม่ควรเกิน 0.01 T
แหล่งกำเนิด EMR ความถี่วิทยุมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคส่วนต่างๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ ใช้เพื่อส่งข้อมูลในระยะไกล (วิทยุกระจายเสียง การสื่อสารทางโทรศัพท์วิทยุ โทรทัศน์ เรดาร์ ฯลฯ) ในอุตสาหกรรม คลื่นวิทยุ EMR ใช้สำหรับการเหนี่ยวนำและความร้อนไดอิเล็กทริกของวัสดุ (การชุบแข็ง การหลอม การบัดกรี การเชื่อม การพ่นโลหะ การทำความร้อนชิ้นส่วนโลหะภายในของอุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้าในระหว่างการปั๊ม การอบแห้งไม้ การทำความร้อนพลาสติก การติดกาวสารประกอบพลาสติก ความร้อน การรักษา ผลิตภัณฑ์อาหารฯลฯ) EMR มีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน การวิจัยทางวิทยาศาสตร์(สเปกโทรสโกปีวิทยุ ดาราศาสตร์วิทยุ) และการแพทย์ (กายภาพบำบัด ศัลยกรรม เนื้องอกวิทยา) ในบางกรณี EMI เกิดขึ้นเป็นปัจจัยที่ไม่ได้ใช้ด้านข้าง เช่น ใกล้สายไฟฟ้าเหนือศีรษะ (OHT) สถานีไฟฟ้าย่อยหม้อแปลงไฟฟ้า เครื่องใช้ไฟฟ้า ได้แก่ ของใช้ในครัวเรือน- แหล่งที่มาหลักของรังสี EMF RF ใน สิ่งแวดล้อมระบบเสาอากาศให้บริการ สถานีเรดาร์(เรดาร์) สถานีวิทยุและโทรทัศน์ รวมถึงระบบสื่อสารด้วยวิทยุเคลื่อนที่ และสายไฟฟ้าเหนือศีรษะ
ร่างกายมนุษย์และสัตว์มีความไวต่อผลกระทบของ RF EMF มาก
อวัยวะและระบบที่สำคัญได้แก่: ส่วนกลาง ระบบประสาท, ดวงตา, อวัยวะสืบพันธุ์ และตามที่ผู้เขียนบางคนกล่าวไว้ ระบบเม็ดเลือด การกระทำทางชีวภาพการแผ่รังสีเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น (หรือความถี่ของการแผ่รังสี) โหมดการสร้าง (ต่อเนื่อง เป็นจังหวะ) และสภาวะของการสัมผัสกับร่างกาย (ต่อเนื่อง ไม่สม่ำเสมอ ทั่วไป ในพื้นที่ ความเข้ม ระยะเวลา) มีข้อสังเกตว่ากิจกรรมทางชีวภาพจะลดลงตามความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น (หรือความถี่ที่ลดลง) ของการแผ่รังสี คลื่นวิทยุที่มีการใช้งานมากที่สุดคือช่วงเซนติ เดซิ และเมตร รอยโรคที่เกิดจาก RF EMR อาจเป็นแบบเฉียบพลันหรือเรื้อรัง เฉียบพลันเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของความเข้มของการแผ่รังสีความร้อนที่สำคัญ สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นน้อยมาก - ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุหรือการละเมิดกฎความปลอดภัยอย่างร้ายแรงจากเรดาร์ สำหรับเงื่อนไขทางวิชาชีพ รอยโรคเรื้อรังจะพบได้บ่อยกว่า ซึ่งมักตรวจพบหลังจากใช้งานแหล่งกำเนิด EMR ด้วยไมโครเวฟเป็นเวลาหลายปี
หลัก เอกสารกำกับดูแลการควบคุมระดับการสัมผัส RF EMR ที่อนุญาตคือ: GOST 12.1.006 - 84 “SSBT สนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่วิทยุ
ระดับที่อนุญาต" และ SanPiN 2.2.4/2.1.8.055-96 "รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่วิทยุ" โดยกำหนดมาตรฐานการสัมผัสพลังงาน (EE) สำหรับสนามไฟฟ้า (E) และสนามแม่เหล็ก (H) รวมถึงความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน (EF) สำหรับวันทำงาน (ตาราง 5.11)
ตารางที่ 5.11.
ระดับสูงสุดที่อนุญาต (MAL) ต่อวันทำงานสำหรับคนงาน
ด้วย EMR RF
พารามิเตอร์ | ช่วงความถี่ MHz | ||||
ชื่อ | หน่วยวัด | 0,003-3 | 3-30 | 30-300 | 300-300000 |
อี อี | (วี/ม.) 2 *ส | - | |||
เอ่อ | (ก/ม) 2 *ชม | - | - | - | |
ดูแลตัวเอง | (ไมโครวัตต์/ซม.2)* ชม | - | - | - |
สำหรับประชากรทั้งหมดที่มีการเปิดรับแสงอย่างต่อเนื่อง ค่า MRL สำหรับความแรงของสนามไฟฟ้า V/m ต่อไปนี้ได้ถูกกำหนดไว้แล้ว:
ช่วงความถี่ เมกะเฮิรตซ์
0,03-0,30........................................................... 25
0,3-3,0.............................................................. 15
3-30.................................................................. 10
30-300............................................................... 3*
300-300000...................................................... 10
* ยกเว้นสถานีโทรทัศน์ รีโมทควบคุมจะแตกต่างกันไปตาม
ขึ้นอยู่กับความถี่ตั้งแต่ 2.5 ถึง 5 V/m
อุปกรณ์ที่ทำงานในช่วงความถี่วิทยุ ได้แก่ การแสดงวิดีโอของเทอร์มินัลคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ในปัจจุบัน คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (PC) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิต การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ในสถาบันทางการแพทย์ ในชีวิตประจำวัน ในมหาวิทยาลัย โรงเรียน หรือแม้แต่ในโรงเรียนอนุบาล เมื่อใช้ในการผลิต พีซีอาจส่งผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์เป็นเวลานาน (ภายในวันทำการ) ขึ้นอยู่กับงานทางเทคโนโลยี ในชีวิตประจำวัน เวลาที่คุณใช้พีซีนั้นไม่สามารถควบคุมได้อย่างสมบูรณ์
สำหรับเทอร์มินัลการแสดงผลวิดีโอบนพีซี (VDT) จะมีการติดตั้ง EMI PDU ต่อไปนี้ (SanPiN 2.2.2.542-96 “ข้อกำหนดด้านสุขอนามัยสำหรับเทอร์มินัลการแสดงผลวิดีโอ คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนบุคคล และองค์กรการทำงาน”) - ตารางที่ 1 5.12.
ตารางที่ 5.12. ระดับ EMR สูงสุดที่อนุญาตที่สร้างโดย RCCB
สนามแม่เหล็กและคุณลักษณะของมัน เมื่อผ่าน กระแสไฟฟ้าตามแนวตัวนำรอบๆ มันจะเกิดขึ้น สนามแม่เหล็ก. สนามแม่เหล็ก หมายถึงวัตถุประเภทหนึ่ง มันมีพลังงานซึ่งแสดงออกมาในรูปของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่แต่ละตัว (อิเล็กตรอนและไอออน) และต่อการไหลของพวกมันเช่น กระแสไฟฟ้า ภายใต้อิทธิพลของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่จะเบี่ยงเบนไปจากเส้นทางเดิมในทิศทางตั้งฉากกับสนาม (รูปที่ 34) สนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้นเฉพาะประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่เท่านั้น และการกระทำของมันยังขยายไปถึงประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่เท่านั้น สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าแยกออกไม่ได้และรวมเป็นหนึ่งเดียว สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- การเปลี่ยนแปลงใดๆ สนามไฟฟ้านำไปสู่การปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กและในทางกลับกันการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในสนามแม่เหล็กจะมาพร้อมกับการปรากฏตัวของสนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง เช่น 300,000 กม./วินาที
การแสดงกราฟิกของสนามแม่เหล็กในเชิงกราฟิก สนามแม่เหล็กจะแสดงด้วยเส้นแรงแม่เหล็ก ซึ่งถูกวาดขึ้นเพื่อให้ทิศทางของเส้นสนามที่แต่ละจุดของสนามสอดคล้องกับทิศทางของแรงสนาม เส้นสนามแม่เหล็กมีความต่อเนื่องและปิดอยู่เสมอ ทิศทางของสนามแม่เหล็กในแต่ละจุดสามารถกำหนดได้โดยใช้เข็มแม่เหล็ก ขั้วเหนือของลูกศรจะตั้งอยู่ในทิศทางของแรงสนามเสมอ ปลายของแม่เหล็กถาวรที่เส้นสนามโผล่ออกมา (รูปที่ 35, a) ถือเป็นขั้วเหนือ และปลายด้านตรงข้ามที่เส้นสนามเข้าไปคือขั้วใต้ (เส้นสนามไฟฟ้าที่ผ่านภายใน แม่เหล็กไม่แสดง) การกระจายตัวของเส้นสนามระหว่างขั้วของแม่เหล็กแบนสามารถตรวจจับได้โดยใช้ตะไบเหล็กโรยบนแผ่นกระดาษที่วางอยู่บนเสา (รูปที่ 35, b) สนามแม่เหล็กในช่องว่างอากาศระหว่างขั้วตรงข้ามขนานสองขั้วของแม่เหล็กถาวรมีลักษณะเฉพาะด้วยการกระจายแรงที่สม่ำเสมอ เส้นแม่เหล็ก(รูปที่ 36) (ไม่แสดงเส้นสนามที่ผ่านภายในแม่เหล็ก)
ข้าว. 37. ฟลักซ์แม่เหล็กเจาะขดลวดในตำแหน่งตั้งฉาก (a) และตำแหน่งเอียง (b) ที่สัมพันธ์กับทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก
เพื่อให้มองเห็นสนามแม่เหล็กได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เส้นสนามจะถูกวางไม่บ่อยหรือมีความหนาแน่นมากขึ้น ในสถานที่เหล่านั้นที่สนามแม่เหล็กแรงกว่า เส้นสนามแม่เหล็กจะอยู่ใกล้กันมากขึ้น และในสถานที่ที่สนามแม่เหล็กอ่อนกว่า เส้นสนามแม่เหล็กจะอยู่ห่างกันมากขึ้น เส้นแรงไม่ตัดกันที่ใดก็ได้
ในหลายกรณี จะสะดวกที่จะพิจารณาเส้นแรงแม่เหล็กเนื่องจากเส้นด้ายที่ยืดออกซึ่งมีแนวโน้มที่จะหดตัวและผลักกัน (มีแรงผลักด้านข้างซึ่งกันและกัน) แนวคิดทางกลของเส้นแรงทำให้สามารถอธิบายการเกิดขึ้นของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างชัดเจนระหว่างปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กและตัวนำกับกระแสตลอดจนสนามแม่เหล็กสองแห่ง
ลักษณะสำคัญของสนามแม่เหล็กคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็ก การซึมผ่านของแม่เหล็ก และความแรงของสนามแม่เหล็ก
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและฟลักซ์แม่เหล็กความเข้มของสนามแม่เหล็ก เช่น ความสามารถในการสร้างงาน ถูกกำหนดโดยปริมาณที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ยิ่งสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้ามีกำลังแรงเท่าใด การเหนี่ยวนำก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B สามารถกำหนดลักษณะได้ด้วยความหนาแน่นของเส้นสนามแม่เหล็ก เช่น จำนวนเส้นสนามที่ผ่านพื้นที่ 1 ม. 2 หรือ 1 ซม. 2 ซึ่งตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก มีสนามแม่เหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกันและไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่แต่ละจุดในสนามมีค่าและทิศทางเท่ากัน สนามในช่องว่างอากาศระหว่างขั้วตรงข้ามของแม่เหล็กหรือแม่เหล็กไฟฟ้า (ดูรูปที่ 36) สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นเนื้อเดียวกันที่ระยะห่างจากขอบ กำหนดฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ที่ผ่านพื้นผิวใด ๆ จำนวนทั้งหมดเส้นแรงแม่เหล็กที่ทะลุพื้นผิวนี้ เช่น ขดลวด 1 (รูปที่ 37, a) ดังนั้นในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ
ฉ = บี (40)
โดยที่ S คือพื้นที่หน้าตัดของพื้นผิวที่เส้นสนามแม่เหล็กผ่านไป ตามมาว่าในสนามดังกล่าว การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะเท่ากับฟลักซ์หารด้วยพื้นที่หน้าตัด S:
บี = เอฟ/ส (41)
หากพื้นผิวใด ๆ อยู่ในแนวเฉียงตามทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก (รูปที่ 37, b) ฟลักซ์ที่เจาะเข้าไปจะน้อยกว่าถ้ามันตั้งฉากกับตำแหน่งนั่นคือ Ф 2 จะน้อยกว่า Ф 1 .
ในระบบ SI ของหน่วย ฟลักซ์แม่เหล็กจะวัดเป็นเวเบอร์ (Wb) หน่วยนี้มีมิติ V*s (โวลต์-วินาที) การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในหน่วย SI วัดเป็นเทสลา (T); 1 T = 1 วัตต์/ตารางเมตร
การซึมผ่านของแม่เหล็กการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไม่เพียงขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำตรงหรือขดลวดเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางที่สร้างสนามแม่เหล็กด้วย ปริมาณที่แสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลางคือการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมบูรณ์ใช่หรือไม่ ก. มีหน่วยวัดเป็นเฮนรี่ต่อเมตร (1 H/m = 1 โอห์ม*s/m)
ในตัวกลางที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กได้มากกว่า กระแสไฟฟ้าที่มีความแรงระดับหนึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำมากขึ้น เป็นที่ยอมรับกันว่าความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของอากาศและสารทั้งหมด ยกเว้นวัสดุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า (ดูมาตรา 18) มีค่าประมาณเดียวกับความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของสุญญากาศ การซึมผ่านของแม่เหล็กสัมบูรณ์ของสุญญากาศเรียกว่าค่าคงที่แม่เหล็ก ? o = 4?*10 -7 H/m. ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติกนั้นมากกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กของสารที่ไม่ใช่เฟอร์โรแมกเนติกนับพันถึงหมื่นเท่า อัตราส่วนการซึมผ่านของแม่เหล็ก? และสารใดๆ ต่อการซึมผ่านของแม่เหล็กของสุญญากาศ? o เรียกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์:
- - เอ /? โอ (42)
ความแรงของสนามแม่เหล็ก ความเข้ม และไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลาง แต่คำนึงถึงอิทธิพลของความแรงของกระแสและรูปร่างของตัวนำที่มีต่อความเข้มของสนามแม่เหล็ก ณ จุดที่กำหนดในอวกาศ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและแรงดึงมีความสัมพันธ์กันตามความสัมพันธ์
เอช = บี/? ก = B/(?? o) (43)
ดังนั้นในตัวกลางที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กคงที่ การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กจึงเป็นสัดส่วนกับความแรงของมัน
ความแรงของสนามแม่เหล็กวัดเป็นแอมแปร์ต่อเมตร (A/m) หรือแอมแปร์ต่อเซนติเมตร (A/cm)
หัวข้อ: สนามแม่เหล็ก
จัดทำโดย: Baygarashev D.M.
ตรวจสอบโดย: Gabdullina A.T.
สนามแม่เหล็ก
หากตัวนำไฟฟ้าคู่ขนานสองตัวเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าเพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำเหล่านั้น ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในตัวนำนั้น ตัวนำจะผลักหรือดึงดูด
คำอธิบายปรากฏการณ์นี้เป็นไปได้จากตำแหน่งของการเกิดขึ้นของสสารชนิดพิเศษรอบตัวนำ - สนามแม่เหล็ก
เรียกว่าแรงที่ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าโต้ตอบกัน แม่เหล็ก.
สนามแม่เหล็ก- นี้ ชนิดพิเศษสสารซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการกระทำในการเคลื่อนย้าย ค่าไฟฟ้าตัวนำที่มีกระแส วัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็ก โดยมีแรงขึ้นอยู่กับเวกเตอร์ความเร็วประจุ ทิศทางของกระแสในตัวนำ และทิศทางของโมเมนต์แม่เหล็กของวัตถุ
ประวัติศาสตร์ของแม่เหล็กย้อนกลับไปในสมัยโบราณ สู่อารยธรรมโบราณของเอเชียไมเนอร์ มันอยู่ในดินแดนของเอเชียไมเนอร์ในแมกนีเซียที่พบหินซึ่งตัวอย่างเหล่านี้ถูกดึงดูดเข้าหากัน ตามชื่อของพื้นที่ ตัวอย่างดังกล่าวเริ่มถูกเรียกว่า "แม่เหล็ก" แม่เหล็กแท่งหรือรูปเกือกม้ามีปลายสองข้างเรียกว่าขั้ว ในสถานที่นี้มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กเด่นชัดที่สุด หากคุณแขวนแม่เหล็กไว้บนเชือก ขั้วหนึ่งจะชี้ไปทางทิศเหนือเสมอ เข็มทิศเป็นไปตามหลักการนี้ ขั้วที่หันหน้าไปทางทิศเหนือของแม่เหล็กแขวนอิสระเรียกว่าขั้วเหนือของแม่เหล็ก (N) ขั้วตรงข้ามเรียกว่าขั้วใต้ (S)
ขั้วแม่เหล็กมีปฏิกิริยาต่อกัน เหมือนขั้วผลักกัน และขั้วแม่เหล็กต่างแม่เหล็กดูดกัน คล้ายกับแนวคิดของสนามไฟฟ้าที่ล้อมรอบประจุไฟฟ้า จึงมีการนำแนวคิดของสนามแม่เหล็กรอบแม่เหล็กมาใช้
ในปี ค.ศ. 1820 เออร์สเตด (ค.ศ. 1777-1851) ค้นพบว่าเข็มแม่เหล็กที่อยู่ติดกับตัวนำไฟฟ้าจะเบี่ยงเบนไปเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำ กล่าวคือ สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นรอบๆ ตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่ หากเราใช้เฟรมที่มีกระแส สนามแม่เหล็กภายนอกจะมีปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของเฟรมและมีผลต่อการวางแนว เช่น มีตำแหน่งของเฟรมที่สนามแม่เหล็กภายนอกมีเอฟเฟกต์การหมุนสูงสุด และมีตำแหน่งเมื่อแรงบิดเป็นศูนย์
สนามแม่เหล็ก ณ จุดใดๆ สามารถกำหนดลักษณะได้ด้วยเวกเตอร์ B ซึ่งเรียกว่า เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กหรือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กตรงจุด
การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B เป็นเวกเตอร์ ปริมาณทางกายภาพซึ่งเป็นลักษณะความแรงของสนามแม่เหล็กที่จุดหนึ่ง เท่ากับอัตราส่วนของโมเมนต์เชิงกลสูงสุดของแรงที่กระทำต่อเฟรมโดยกระแสที่วางอยู่ในสนามสม่ำเสมอต่อผลคูณของความแรงกระแสในเฟรมและพื้นที่:
ทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B ถือเป็นทิศทางของค่าปกติบวกกับเฟรม ซึ่งสัมพันธ์กับกระแสในเฟรมตามกฎของสกรูด้านขวา โดยมีแรงบิดเชิงกลเท่ากับศูนย์
เช่นเดียวกับการแสดงเส้นความแรงของสนามไฟฟ้า เส้นการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กก็ถูกแสดงด้วย เส้นสนามแม่เหล็กเป็นเส้นจินตภาพ ซึ่งเป็นเส้นสัมผัสกันซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทาง B ที่จุดหนึ่ง
ทิศทางของสนามแม่เหล็ก ณ จุดที่กำหนดสามารถกำหนดเป็นทิศทางที่ระบุได้เช่นกัน
ขั้วเหนือของเข็มทิศที่วาง ณ จุดนี้ เชื่อกันว่าเส้นสนามแม่เหล็กมีทิศทางจากขั้วโลกเหนือไปทางทิศใต้
ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำตรงจะถูกกำหนดโดยสว่านหรือกฎสกรูมือขวา ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กถือเป็นทิศทางการหมุนของหัวสกรู ซึ่งจะทำให้มั่นใจว่ามีการเคลื่อนที่ในทิศทางของกระแสไฟฟ้า (รูปที่ 59)
โดยที่ n01 = 4 พาย 10 -7 V วินาที/(ม.) - ค่าคงที่แม่เหล็ก, R - ระยะทาง, I - ความแรงของกระแสในตัวนำ
ต่างจากเส้นสนามไฟฟ้าสถิตซึ่งเริ่มต้นที่ประจุบวกและสิ้นสุดที่ประจุลบ เส้นสนามแม่เหล็กจะปิดอยู่เสมอ ตรวจไม่พบประจุแม่เหล็กที่คล้ายกับประจุไฟฟ้า
หนึ่งเทสลา (1 T) ถูกนำมาใช้เป็นหน่วยของการเหนี่ยวนำ - การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอซึ่งแรงบิดเชิงกลสูงสุด 1 N m กระทำบนเฟรมที่มีพื้นที่ 1 m2 ซึ่งกระแสไฟฟ้า 1 กระแส
การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กสามารถกำหนดได้จากแรงที่กระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก
ตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่ในสนามแม่เหล็กจะถูกกระทำโดยแรงแอมแปร์ ซึ่งขนาดจะถูกกำหนดโดยนิพจน์ต่อไปนี้:
โดยที่ฉันคือความแรงของกระแสในตัวนำ ล -ความยาวของตัวนำ B คือขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก และเป็นมุมระหว่างเวกเตอร์กับทิศทางของกระแส
ทิศทางของแรงแอมแปร์สามารถกำหนดได้โดยกฎมือซ้าย: เราวางฝ่ามือของมือซ้ายเพื่อให้เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือเราวางนิ้วสี่นิ้วในทิศทางของกระแสในตัวนำจากนั้นจึงงอ นิ้วหัวแม่มือแสดงทิศทางของแรงแอมแปร์
เมื่อพิจารณาว่า I = q 0 nSv และแทนที่นิพจน์นี้ลงใน (3.21) เราจะได้ F = q 0 nSh/B sin ก- จำนวนอนุภาค (N) ในปริมาตรที่กำหนดของตัวนำคือ N = nSl จากนั้น F = q 0 NvB sin ก.
ให้เราพิจารณาแรงที่กระทำโดยสนามแม่เหล็กต่ออนุภาคที่มีประจุแต่ละตัวซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก:
แรงนี้เรียกว่าแรงลอเรนซ์ (พ.ศ. 2396-2471) ทิศทางของแรงลอเรนซ์สามารถกำหนดได้ตามกฎของมือซ้าย: เราวางฝ่ามือของมือซ้ายเพื่อให้เส้นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือ นิ้วทั้งสี่แสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุบวก ขนาดใหญ่ นิ้วที่งอแสดงทิศทางของแรงลอเรนซ์
แรงอันตรกิริยาระหว่างตัวนำไฟฟ้าขนานสองตัวที่มีกระแส I 1 และ I 2 เท่ากับ:
ที่ไหน ล -ส่วนหนึ่งของตัวนำที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก หากกระแสอยู่ในทิศทางเดียวกันตัวนำจะดึงดูด (รูปที่ 60) หากอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามก็จะผลักกัน แรงที่กระทำต่อตัวนำแต่ละตัวมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม สูตร (3.22) เป็นพื้นฐานในการกำหนดหน่วยของกระแส 1 แอมแปร์ (1 A)
คุณสมบัติทางแม่เหล็กสารมีลักษณะเป็นปริมาณทางกายภาพสเกลาร์ - การซึมผ่านของแม่เหล็กซึ่งแสดงจำนวนครั้งที่การเหนี่ยวนำ B ของสนามแม่เหล็กในสารที่เติมเต็มสนามโดยสมบูรณ์นั้นมีขนาดที่แตกต่างกันจากการเหนี่ยวนำ B 0 ของสนามแม่เหล็กในสุญญากาศ:
ตามคุณสมบัติทางแม่เหล็ก สารทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็น ไดอะแมกเนติก, พาราแมกเนติกและ แม่เหล็กไฟฟ้า.
ให้เราพิจารณาธรรมชาติของคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสาร
อิเล็กตรอนในเปลือกอะตอมของสารเคลื่อนที่ในวงโคจรที่ต่างกัน เพื่อให้ง่ายขึ้น เราถือว่าวงโคจรเหล่านี้เป็นวงกลม และอิเล็กตรอนแต่ละตัวโคจรอยู่ นิวเคลียสของอะตอมถือได้ว่าเป็นกระแสไฟฟ้าแบบวงกลม อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งเราเรียกว่าออร์บิทัลเช่นเดียวกับกระแสวงกลม นอกจากนี้ อิเล็กตรอนในอะตอมยังมีสนามแม่เหล็กของตัวเองเรียกว่าสนามสปิน
หากเมื่อนำเข้าสู่สนามแม่เหล็กภายนอกที่มีการเหนี่ยวนำ B 0 จะเกิดการเหนี่ยวนำ B ขึ้นภายในสาร< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (น< 1).
ใน แม่เหล็กในวัสดุ หากไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก สนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนจะถูกชดเชย และเมื่อพวกมันถูกนำเข้าไปในสนามแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กของอะตอมจะพุ่งตรงไปที่สนามแม่เหล็กภายนอก วัสดุไดแมกเนติกถูกผลักออกจากสนามแม่เหล็กภายนอก
คุณ พาราแมกเนติกวัสดุการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของอิเล็กตรอนในอะตอมไม่ได้รับการชดเชยอย่างสมบูรณ์และอะตอมโดยรวมกลายเป็นเหมือนแม่เหล็กถาวรขนาดเล็ก โดยปกติในสสารแม่เหล็กขนาดเล็กเหล่านี้ทั้งหมดจะถูกวางทิศทางแบบสุ่ม และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กรวมของสนามแม่เหล็กทั้งหมดจะเป็นศูนย์ หากคุณวางพาราแมกเน็ตไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอก แม่เหล็กขนาดเล็กทั้งหมด - อะตอมจะเปลี่ยนในสนามแม่เหล็กภายนอกเหมือนเข็มเข็มทิศ และสนามแม่เหล็กในสารจะเพิ่มขึ้น ( n >= 1).
เฟอร์โรแมกเนติกเป็นวัสดุเหล่านั้นซึ่ง n 1. ในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก สิ่งที่เรียกว่าโดเมนจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งเป็นบริเวณที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าของการดึงดูดโดยธรรมชาติ
ในโดเมนที่ต่างกัน การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กมีทิศทางที่แตกต่างกัน (รูปที่ 61) และในผลึกขนาดใหญ่
ตอบแทนซึ่งกันและกัน เมื่อนำตัวอย่างเฟอร์โรแมกเนติกเข้าไปในสนามแม่เหล็กภายนอก ขอบเขตของแต่ละโดเมนจะเปลี่ยนไปเพื่อให้ปริมาตรของโดเมนที่วางตามแนวสนามแม่เหล็กภายนอกเพิ่มขึ้น
ด้วยการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กภายนอก B 0 เพิ่มขึ้น การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสารแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น ที่ค่า B 0 บางค่า การเหนี่ยวนำจะหยุดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความอิ่มตัวของแม่เหล็ก
คุณลักษณะเฉพาะของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกคือปรากฏการณ์ฮิสเทรีซิสซึ่งประกอบด้วยการพึ่งพาการเหนี่ยวนำที่ไม่ชัดเจนในวัสดุในการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอกเมื่อมีการเปลี่ยนแปลง
วงแม่เหล็กฮิสเทรีซีสเป็นเส้นโค้งปิด (cdc`d`c) ซึ่งแสดงถึงการพึ่งพาของการเหนี่ยวนำในวัสดุกับความกว้างของการเหนี่ยวนำของสนามภายนอกโดยมีการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างช้าเป็นระยะในช่วงหลัง (รูปที่ 62)
ลูปฮิสเทรีซิสมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าต่อไปนี้: B s, Br, B c B s - ค่าสูงสุดของการเหนี่ยวนำวัสดุที่ B 0s; ใน r คือการเหนี่ยวนำที่เหลือซึ่งเท่ากับค่าการเหนี่ยวนำในวัสดุเมื่อการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอกลดลงจาก B 0s เป็นศูนย์ -B c และ B c - แรงบีบบังคับ - ค่าเท่ากับการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอกที่จำเป็นในการเปลี่ยนการเหนี่ยวนำในวัสดุจากที่เหลือเป็นศูนย์
สำหรับเฟอร์โรแมกเนติกแต่ละตัวจะมีอุณหภูมิ (จุด Curie (J. Curie, 1859-1906) ซึ่งสูงกว่านั้นเฟอร์โรแมกเนติกจะสูญเสียคุณสมบัติของเฟอร์โรแมกเนติกไป
มีสองวิธีในการทำให้แม่เหล็กเฟอร์โรแม่เหล็กเข้าสู่สถานะล้างอำนาจแม่เหล็ก: ก) ความร้อนเหนือจุดกูรีและเย็น; b) ทำให้วัสดุเป็นแม่เหล็กด้วยสนามแม่เหล็กสลับที่มีแอมพลิจูดลดลงอย่างช้าๆ
แม่เหล็กเฟอร์ริกที่มีการเหนี่ยวนำตกค้างและแรงบีบบังคับต่ำเรียกว่าแม่เหล็กอ่อน โดยพบการใช้งานในอุปกรณ์ที่มักจะต้องทำให้แม่เหล็กเป็นแม่เหล็กใหม่ (แกนของหม้อแปลง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ)
แม่เหล็กเฟอร์โรแม่เหล็กชนิดแข็งซึ่งมีแรงบีบบังคับสูงถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแม่เหล็กถาวร
คำว่า "สนามแม่เหล็ก" มักจะหมายถึงปริภูมิพลังงานที่แน่นอนซึ่งแรงแห่งปฏิกิริยาแม่เหล็กปรากฏออกมา พวกเขาส่งผลกระทบต่อ:
สารแต่ละชนิด: เฟอร์ริแมกเนต (โลหะ - ส่วนใหญ่เป็นเหล็กหล่อ เหล็ก และโลหะผสม) และประเภทของเฟอร์ไรต์ โดยไม่คำนึงถึงสถานะ
การเคลื่อนย้ายค่าไฟฟ้า
วัตถุทางกายภาพที่มีโมเมนต์แม่เหล็กรวมของอิเล็กตรอนหรืออนุภาคอื่นเรียกว่า แม่เหล็กถาวร- ปฏิสัมพันธ์ของพวกเขาแสดงอยู่ในภาพ สายไฟแม่เหล็ก.
พวกมันถูกสร้างขึ้นหลังจากนำแม่เหล็กถาวรเข้าไป ด้านหลังแผ่นกระดาษแข็งที่มีตะไบเหล็กเป็นชั้นคู่ ภาพแสดงเครื่องหมายที่ชัดเจนของเสาเหนือ (N) และเสาใต้ (S) โดยมีทิศทางของเส้นสนามสัมพันธ์กับการวางแนว: ออกจากขั้วโลกเหนือและทางเข้าทิศใต้
สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นได้อย่างไร?
แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กคือ:
แม่เหล็กถาวร
ค่าขนย้าย;
สนามไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลา
เด็กอนุบาลทุกคนคุ้นเคยกับการทำงานของแม่เหล็กถาวร ท้ายที่สุดเขาต้องปั้นรูปแม่เหล็กบนตู้เย็นซึ่งนำมาจากบรรจุภัณฑ์ที่มีอาหารรสเลิศทุกประเภทอยู่แล้ว
ประจุไฟฟ้าในการเคลื่อนที่มักจะมีพลังงานสนามแม่เหล็กมากกว่า มันยังถูกกำหนดโดยเส้นแรงด้วย เรามาดูกฎในการวาดพวกมันสำหรับตัวนำตรงที่มีกระแส I
เส้นสนามแม่เหล็กถูกลากในระนาบตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของกระแส เพื่อให้แรงที่กระทำต่อขั้วเหนือของเข็มแม่เหล็กที่แต่ละจุดพุ่งตรงไปยังเส้นนี้ในแนวสัมผัส สิ่งนี้จะสร้างวงกลมศูนย์กลางรอบประจุที่กำลังเคลื่อนที่
ทิศทางของแรงเหล่านี้ถูกกำหนดไว้ กฎที่รู้จักกันดีสกรูหรือสว่านที่มีการพันเกลียวทางขวา
กฎ Gimlet
จำเป็นต้องวางตำแหน่งสว่านในแนวโคแอกเซียลกับเวกเตอร์ปัจจุบัน และหมุนที่จับเพื่อให้การเคลื่อนที่ในการแปลของสว่านสอดคล้องกับทิศทางของมัน จากนั้นการวางแนวของเส้นสนามแม่เหล็กจะแสดงโดยการหมุนที่จับ
ในตัวนำแบบวงแหวน การเคลื่อนที่แบบหมุนของด้ามจับจะเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของกระแส และการเคลื่อนที่แบบแปลนจะระบุทิศทางของการเหนี่ยวนำ
เส้นแรงแม่เหล็กออกจากขั้วเหนือและเข้าสู่ขั้วใต้เสมอ พวกเขายังคงอยู่ในแม่เหล็กและไม่เคยเปิด
กฎการทำงานร่วมกันของสนามแม่เหล็ก
สนามแม่เหล็กจากแหล่งต่างๆ รวมกันทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น
ในกรณีนี้ แม่เหล็กที่มีขั้วตรงข้าม (N - S) จะดึงดูดกัน และมีขั้วที่คล้ายกัน (N - N, S - S) แม่เหล็กจะผลักกัน แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างขั้วขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างขั้วทั้งสอง ยิ่งขยับขั้วเข้าใกล้มากเท่าไร แรงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
ลักษณะพื้นฐานของสนามแม่เหล็ก
ซึ่งรวมถึง:
เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (B);
ฟลักซ์แม่เหล็ก (F);
การเชื่อมโยงฟลักซ์ (Ψ)
ความเข้มหรือความแรงของอิทธิพลของสนามประเมินด้วยค่า เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก- ถูกกำหนดโดยค่าของแรง "F" ที่สร้างขึ้นโดยกระแสที่ไหลผ่าน "I" ผ่านตัวนำที่มีความยาว "l" В =F/(I∙l)
หน่วยวัดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในระบบ SI คือเทสลา (ในความทรงจำของนักฟิสิกส์ที่ศึกษาปรากฏการณ์เหล่านี้และอธิบายโดยใช้วิธีทางคณิตศาสตร์) ในเอกสารทางเทคนิคของรัสเซีย กำหนดให้เป็น "Tl" และในเอกสารระหว่างประเทศจะใช้สัญลักษณ์ "T"
1 T คือการเหนี่ยวนำของฟลักซ์แม่เหล็กสม่ำเสมอซึ่งทำหน้าที่ด้วยแรง 1 นิวตันต่อความยาวแต่ละเมตรของตัวนำตรงที่ตั้งฉากกับทิศทางของสนามเมื่อมีกระแส 1 แอมแปร์ไหลผ่านตัวนำนี้
1T=1∙N/(A∙m)
ทิศทางของเวกเตอร์ B ถูกกำหนดโดย กฎมือซ้าย
หากคุณวางฝ่ามือซ้ายไว้ในสนามแม่เหล็กเพื่อให้เส้นแรงจากขั้วโลกเหนือเข้าสู่ฝ่ามือเป็นมุมฉาก และวางนิ้วสี่นิ้วในทิศทางของกระแสในตัวนำ นิ้วหัวแม่มือที่ยื่นออกมาจะ ระบุทิศทางของแรงที่กระทำต่อตัวนำนี้
ในกรณีที่ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไม่อยู่ในมุมฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก แรงที่กระทำต่อตัวนำนั้นจะเป็นสัดส่วนกับขนาดของกระแสไฟฟ้าที่ไหลและส่วนประกอบของเส้นโครงความยาวของตัวนำด้วย กระแสไฟเข้าสู่ระนาบที่อยู่ในทิศทางตั้งฉาก
แรงที่กระทำต่อกระแสไฟฟ้าไม่ได้ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้สร้างตัวนำและพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ แม้ว่าตัวนำนี้จะไม่มีอยู่เลย และประจุที่เคลื่อนที่จะเริ่มเคลื่อนที่ในตัวกลางอื่นระหว่างขั้วแม่เหล็ก แรงนี้จะไม่เปลี่ยนแปลงในทางใดทางหนึ่ง
หากภายในสนามแม่เหล็กทุกจุด เวกเตอร์ B มีทิศทางและขนาดเท่ากัน สนามดังกล่าวจะถือว่าสม่ำเสมอ
สภาพแวดล้อมใดๆ ที่มี ส่งผลต่อค่าของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำ B
ฟลักซ์แม่เหล็ก (F)
หากเราพิจารณาการผ่านของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นที่ S การเหนี่ยวนำที่ถูกจำกัดด้วยขีดจำกัดของมันจะเรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็ก
เมื่อพื้นที่เอียงที่มุม α ถึงทิศทางของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็กจะลดลงตามปริมาณโคไซน์ของมุมเอียงของพื้นที่ ค่าสูงสุดจะถูกสร้างขึ้นเมื่อพื้นที่ตั้งฉากกับการเหนี่ยวนำการเจาะทะลุ Ф=В·S
หน่วยวัดของฟลักซ์แม่เหล็กคือ 1 เวเบอร์ ซึ่งกำหนดโดยการเหนี่ยวนำ 1 เทสลาผ่านพื้นที่ 1 ตารางเมตร
การเชื่อมโยงฟลักซ์
คำนี้ใช้เพื่อให้ได้จำนวนฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดที่สร้างขึ้นจากตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่งซึ่งอยู่ระหว่างขั้วของแม่เหล็ก
สำหรับกรณีที่กระแสเดียวกันที่ฉันไหลผ่านขดลวดของขดลวดด้วยจำนวนรอบ n ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมด (เชื่อมโยง) จากทุกรอบเรียกว่า การเชื่อมโยงฟลักซ์ Ψ
Ψ=n·Ф - หน่วยของการเชื่อมต่อฟลักซ์คือ 1 เวเบอร์
สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นจากไฟฟ้ากระแสสลับได้อย่างไร
สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำปฏิกิริยากับประจุไฟฟ้าและวัตถุด้วยโมเมนต์แม่เหล็ก เป็นการรวมกันของสองสนาม:
ไฟฟ้า;
แม่เหล็ก
พวกมันเชื่อมโยงถึงกัน เป็นตัวแทนของการรวมกันของกันและกัน และเมื่อสิ่งใดสิ่งหนึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ความเบี่ยงเบนบางอย่างจะเกิดขึ้นในสิ่งอื่น ตัวอย่างเช่น เมื่อสนามไฟฟ้ากระแสสลับไซน์ซอยด์ถูกสร้างขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามเฟส สนามแม่เหล็กเดียวกันกับลักษณะของฮาร์โมนิกสลับที่คล้ายกันจะถูกสร้างขึ้นพร้อมกัน
คุณสมบัติทางแม่เหล็กของสาร
ในการสัมพันธ์กับอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็กภายนอก สารจะถูกแบ่งออกเป็น:
สารต้านเฟอร์โรแมกเนติกด้วยช่วงเวลาแม่เหล็กที่สมดุลเนื่องจากการสร้างสนามแม่เหล็กของร่างกายในระดับที่ต่ำมาก
ไดอะแมกเน็ตที่มีคุณสมบัติในการดึงดูดสนามแม่เหล็กภายในกับการกระทำของสนามแม่เหล็กภายนอก เมื่อไร สนามภายนอกขาดหายไปคุณสมบัติทางแม่เหล็กของพวกเขาจะไม่แสดงออกมา
วัสดุพาราแมกเนติกที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กของสนามภายในในทิศทางของสนามภายนอกซึ่งมีระดับต่ำ
แม่เหล็กเฟอร์ริกซึ่งมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กโดยไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอกใช้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดกูรี
เฟอร์ริแมกเนตที่มีโมเมนต์แม่เหล็กไม่สมดุลทั้งขนาดและทิศทาง
คุณสมบัติของสารทั้งหมดนี้พบการใช้งานที่หลากหลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่
วงจรแม่เหล็ก
หม้อแปลง ตัวเหนี่ยวนำ เครื่องจักรไฟฟ้า และอุปกรณ์อื่นๆ ทั้งหมดทำงานบนพื้นฐานนี้
ตัวอย่างเช่น ในแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้งานได้ ฟลักซ์แม่เหล็กจะผ่านแกนแม่เหล็กที่ทำจากเหล็กเฟอร์โรแมกเนติกและอากาศที่มีคุณสมบัติเด่นชัดที่ไม่ใช่เฟอร์โรแมกเนติก การรวมกันขององค์ประกอบเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นวงจรแม่เหล็ก
อุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่มีวงจรแม่เหล็กในการออกแบบ อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในบทความนี้ -
เช่นเดียวกับประจุไฟฟ้าที่อยู่นิ่งซึ่งกระทำต่อประจุอื่นผ่านสนามไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าก็กระทำกับกระแสไฟฟ้าอื่นที่ไหลผ่านฉันใด สนามแม่เหล็ก- ผลกระทบของสนามแม่เหล็กที่มีต่อแม่เหล็กถาวรจะลดลงจนส่งผลต่อประจุที่เคลื่อนที่ในอะตอมของสารและสร้างกระแสวงกลมขนาดเล็กมาก
หลักคำสอนของ แม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับบทบัญญัติสองประการ:
- สนามแม่เหล็กกระทำต่อประจุและกระแสที่กำลังเคลื่อนที่
- สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นรอบกระแสและประจุเคลื่อนที่
ปฏิสัมพันธ์ของแม่เหล็ก
แม่เหล็กถาวร(หรือเข็มแม่เหล็ก) วางตัวตามแนวเส้นลมแม่เหล็กของโลก ปลายที่ชี้ไปทางทิศเหนือเรียกว่า ขั้วโลกเหนือ(N) และด้านตรงข้ามคือ ขั้วโลกใต้(ส) เมื่อนำแม่เหล็กสองตัวเข้ามาใกล้กัน เราสังเกตว่าขั้วที่เหมือนกันของพวกมันจะผลักกัน และขั้วที่ไม่เหมือนของพวกมันจะดึงดูด ( ข้าว. 1 ).
ถ้าเราแยกขั้วโดยการตัดแม่เหล็กถาวรออกเป็นสองส่วน เราจะพบว่าแต่ละขั้วก็จะมีเช่นกัน สองเสากล่าวคือ จะเป็นแม่เหล็กถาวร ( ข้าว. 2 - เสาทั้งสองขั้วเหนือและใต้แยกออกจากกันและมีสิทธิเท่าเทียมกัน
สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยโลกหรือแม่เหล็กถาวรจะแสดงด้วยเส้นแรงแม่เหล็ก เช่นเดียวกับสนามไฟฟ้า ภาพของเส้นสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กสามารถรับได้โดยการวางแผ่นกระดาษไว้เหนือมัน โดยโรยตะไบเหล็กให้เป็นชั้นคู่กัน เมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก ขี้เลื่อยจะกลายเป็นแม่เหล็ก - แต่ละอันมีทิศเหนือและ ขั้วโลกใต้- ขั้วตรงข้ามมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนเข้าใกล้กันมากขึ้น แต่สิ่งนี้จะป้องกันได้ด้วยการเสียดสีของขี้เลื่อยบนกระดาษ หากคุณใช้นิ้วแตะกระดาษ แรงเสียดทานจะลดลง และตะไบจะถูกดึงดูดเข้าหากัน ทำให้เกิดเป็นโซ่ที่เป็นตัวแทนของเส้นสนามแม่เหล็ก
บน ข้าว. 3 แสดงตำแหน่งของขี้เลื่อยและลูกศรแม่เหล็กขนาดเล็กในสนามแม่เหล็กตรงซึ่งระบุทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก ทิศทางนี้ถือเป็นทิศทางของขั้วเหนือของเข็มแม่เหล็ก
ประสบการณ์ของเออร์สเตด สนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า
ใน ต้น XIXวี. นักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก เออร์สเตดได้ทำการค้นพบครั้งสำคัญเมื่อเขาค้นพบ การกระทำของกระแสไฟฟ้าบนแม่เหล็กถาวร - เขาวางลวดยาวไว้ใกล้กับเข็มแม่เหล็ก เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด ลูกศรจะหมุนโดยพยายามวางตำแหน่งตัวเองให้ตั้งฉากกับกระแสไฟฟ้า ( ข้าว. 4 - สิ่งนี้สามารถอธิบายได้โดยการเกิดขึ้นของสนามแม่เหล็กรอบตัวนำ
เส้นสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยตัวนำตรงที่พากระแสไฟฟ้าเป็นวงกลมที่มีศูนย์กลางซึ่งอยู่ในระนาบที่ตั้งฉากกับตัวนำ โดยมีจุดศูนย์กลางที่จุดที่กระแสไหลผ่าน ( ข้าว. 5 - ทิศทางของเส้นถูกกำหนดโดยกฎสกรูด้านขวา:
หากหมุนสกรูในทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก สกรูจะเคลื่อนที่ในทิศทางของกระแสในตัวนำ .
ลักษณะความแรงของสนามแม่เหล็กคือ เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B - ในแต่ละจุดจะมีทิศทางสัมผัสกับเส้นสนาม เส้นสนามไฟฟ้าเริ่มต้นที่ประจุบวกและสิ้นสุดที่ประจุลบ และแรงที่กระทำต่อประจุในสนามนี้จะพุ่งตรงในแนวสัมผัสไปยังเส้นตรงที่แต่ละจุด ต่างจากสนามไฟฟ้า เส้นสนามแม่เหล็กจะปิด ซึ่งเกิดจากการไม่มี "ประจุแม่เหล็ก" ในธรรมชาติ
โดยพื้นฐานแล้วสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าไม่แตกต่างจากสนามแม่เหล็กถาวร ในแง่นี้อะนาล็อกของแม่เหล็กแบนคือโซลินอยด์ยาว - ขดลวดซึ่งมีความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของมันอย่างมาก แผนภาพของเส้นสนามแม่เหล็กที่เขาสร้างขึ้นแสดงไว้ ข้าว. 6 คล้ายกับแม่เหล็กแบน ( ข้าว. 3 - วงกลมแสดงถึงส่วนตัดขวางของเส้นลวดที่ประกอบเป็นขดลวดโซลินอยด์ กระแสที่ไหลผ่านเส้นลวดออกจากผู้สังเกตจะถูกระบุด้วยกากบาท และกระแสในทิศทางตรงกันข้าม - ไปยังผู้สังเกต - จะถูกระบุด้วยจุด สัญกรณ์เดียวกันนี้เป็นที่ยอมรับสำหรับเส้นสนามแม่เหล็กเมื่อตั้งฉากกับระนาบการวาด ( ข้าว. 7 ก, ข)
ทิศทางของกระแสในขดลวดโซลินอยด์และทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กภายในนั้นสัมพันธ์กันตามกฎของสกรูด้านขวาซึ่งในกรณีนี้มีสูตรดังนี้:
หากคุณมองไปตามแกนของโซลินอยด์กระแสที่ไหลในทิศทางตามเข็มนาฬิกาจะสร้างสนามแม่เหล็กในนั้นซึ่งทิศทางนั้นเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการเคลื่อนที่ของสกรูด้านขวา ( ข้าว. 8 )
ตามกฎนี้จะเข้าใจได้ง่ายว่าโซลินอยด์แสดงอยู่ ข้าว. 6 ขั้วเหนือเป็นขั้วขวา และขั้วใต้อยู่ทางซ้าย
สนามแม่เหล็กภายในโซลินอยด์มีความสม่ำเสมอ - มีเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กอยู่ที่นั่น ค่าคงที่(B = ค่าคงที่) ในแง่นี้ โซลินอยด์จะคล้ายกับตัวเก็บประจุแบบแผ่นขนาน ซึ่งภายในจะสร้างสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอขึ้น
แรงที่กระทำในสนามแม่เหล็กบนตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
เป็นที่ยอมรับจากการทดลองว่าแรงกระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่ในสนามแม่เหล็ก ในสนามเครื่องแบบ ตัวนำตรงที่มีความยาว l ซึ่งกระแส I ไหลผ่าน ซึ่งตั้งฉากกับเวกเตอร์สนาม B ประสบกับแรง: F = ฉัน ล .
ทิศทางของแรงจะถูกกำหนด กฎมือซ้าย:
ถ้านิ้วที่ยื่นออกมาทั้งสี่นิ้วของมือซ้ายวางอยู่ในทิศทางของกระแสในตัวนำ และฝ่ามือตั้งฉากกับเวกเตอร์ B จากนั้นนิ้วโป้งที่ยื่นออกมาจะระบุทิศทางของแรงที่กระทำต่อตัวนำ (ข้าว. 9 ).
ควรสังเกตว่าแรงที่กระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กไม่ได้ถูกชี้นำในแนวสัมผัสกับเส้นแรงของมันเหมือนกับแรงไฟฟ้า แต่ตั้งฉากกับพวกมัน ตัวนำที่อยู่ตามแนวแรงจะไม่ได้รับผลกระทบจากแรงแม่เหล็ก
สมการ F = อิลบีช่วยให้คุณสามารถกำหนดลักษณะเชิงปริมาณของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กได้
ทัศนคติ ไม่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวนำและกำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กเอง
โมดูลเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B เป็นตัวเลข เท่ากับกำลังกระทำต่อตัวนำที่มีความยาวหน่วยซึ่งตั้งฉากกับตัวนำซึ่งมีกระแสไหลผ่านหนึ่งแอมแปร์
ในระบบ SI หน่วยของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กคือเทสลา (T):
สนามแม่เหล็ก ตาราง ไดอะแกรม สูตร
(อันตรกิริยาของแม่เหล็ก การทดลองของเออร์สเตด เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ทิศทางเวกเตอร์ หลักการซ้อน การแสดงภาพกราฟิกของสนามแม่เหล็ก เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็ก คุณลักษณะพลังงานของสนาม แรงแม่เหล็ก แรงแอมแปร์ แรงลอเรนซ์ การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ ในสนามแม่เหล็กของสสาร สมมติฐานของแอมแปร์)