ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่ทุกหนทุกแห่งตั้งแต่แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือของคุณไปจนถึงดาวเทียมที่ส่งข้อมูลกลับมายังโลก คุณสามารถอธิบายพฤติกรรมของไฟฟ้าผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า บริเวณรอบวัตถุที่ออกแรงไฟฟ้าและแรงแม่เหล็ก ซึ่งทั้งสองเป็นส่วนหนึ่งของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเดียวกัน
เนื่องจากพบแรงแม่เหล็กไฟฟ้าในการใช้งานมากมายในชีวิตประจำวัน คุณจึงสามารถสร้างแรงแม่เหล็กไฟฟ้าได้โดยใช้แบตเตอรี่และ วัตถุอื่นๆ เช่น ลวดทองแดงหรือตะปูโลหะที่วางอยู่รอบๆ บ้าน เพื่อแสดงปรากฏการณ์เหล่านี้ทางฟิสิกส์สำหรับตัวคุณเอง
•••Syed Hussain Ather A
สร้างเครื่องกำเนิด EMF
เคล็ดลับ
คุณสามารถสร้างเครื่องกำเนิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (emf) อย่างง่ายโดยใช้ลวดทองแดงและตะปูเหล็ก พันไว้รอบ ๆ และเชื่อมต่อกับแหล่งกระแสอิเล็กโทรดเพื่อแสดงพลังของสนามไฟฟ้า มีความเป็นไปได้มากมายที่คุณสามารถสร้างสำหรับเครื่องกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่มีขนาดและกำลังต่างกัน
อาคารและเครื่องกำเนิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (emf)ต้องใช้ขดลวดโซลินอยด์ของลวดทองแดง (รูปเกลียวหรือเกลียว) วัตถุที่เป็นโลหะ เช่น ตะปูเหล็ก (for เครื่องตอกตะปู) ลวดฉนวนและแหล่งจ่ายแรงดันไฟ (เช่น แบตเตอรี่หรืออิเล็กโทรด) เพื่อปล่อยไฟฟ้า กระแสน้ำ
คุณอาจเลือกใช้คลิปหนีบกระดาษโลหะหรือเข็มทิศเพื่อสังเกตผลกระทบของแรงเคลื่อนไฟฟ้า หากวัตถุที่เป็นโลหะมีลักษณะเป็นแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก (เช่น เหล็ก) ซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถทำให้เกิดสนามแม่เหล็กได้ง่าย จะมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก
- วางวัสดุบนพื้นผิวที่ไม่นำไฟฟ้า เช่น ไม้หรือคอนกรีต
- พันลวดทองแดงให้แน่นที่สุดเท่าที่จะทำได้รอบๆ วัตถุที่เป็นโลหะจนกว่าจะปิดสนิท ยิ่งมีขดลวดมากเท่าใด เครื่องกำเนิดสนามก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น
- หนีบลวดทองแดงเพื่อให้มีชิ้นส่วนเล็กๆ จากหัวและปลายของวัตถุที่เป็นโลหะ
- เชื่อมต่อปลายด้านหนึ่งของลวดฉนวนกับทองแดงที่ยื่นออกมาจากหัวของวัตถุที่เป็นโลหะ เชื่อมต่อปลายอีกด้านของสายฉนวนเข้ากับปลายด้านหนึ่งของแหล่งจ่ายแรงดันไฟบนตัวจ่ายไฟแบบแปรผัน
- จากนั้นเชื่อมต่อปลายด้านหนึ่งของสายฉนวนเข้ากับแหล่งจ่ายไฟแบบแปรผัน
- วางคลิปหนีบกระดาษสองสามอันใกล้วัตถุที่เป็นโลหะขณะที่มันวางอยู่บนพื้นผิว
- ตั้งปุ่มหมุนบนแหล่งจ่ายไฟแบบแปรผันเป็น 0 โวลต์
- เสียบปลั๊กไฟและเปิดเครื่อง
- ค่อยๆ หมุนปุ่มหมุนปรับแรงดันไฟฟ้าขึ้นและดูคลิปหนีบกระดาษ คุณจะเห็นพวกมันทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กจากวัตถุที่เป็นโลหะทันทีที่มันแข็งแกร่งเพียงพอจากเครื่องกำเนิดเล็บ
- ใช้เข็มทิศตรงกลางเพื่อสังเกตทิศทางของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เข็มเข็มทิศควรอยู่ในแนวเดียวกับแกนของขดลวดเมื่อกระแสไหล
ฟิสิกส์ของเครื่องกำเนิด EMF
แม่เหล็กไฟฟ้า หนึ่งในสี่แรงพื้นฐานของธรรมชาติ อธิบายว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการไหลของกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นได้อย่างไร
เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด สนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นตามขดลวด ซึ่งช่วยให้กระแสไฟไหลผ่านในระยะทางที่น้อยกว่าหรือในเส้นทางที่เล็กกว่าซึ่งใกล้กับตะปูโลหะมากขึ้น เมื่อกระแสไหลผ่านเส้นลวดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเป็นวงกลมรอบเส้นลวด
•••Syed Hussain Ather A
เมื่อกระแสไหลผ่านเส้นลวด คุณสามารถแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็กโดยใช้กฎมือขวา กฎนี้หมายความว่า ถ้าคุณวางนิ้วโป้งขวาของคุณไปในทิศทางของกระแสของลวด นิ้วของคุณจะม้วนงอไปในทิศทางของสนามแม่เหล็ก กฎทั่วไปเหล่านี้สามารถช่วยให้คุณจำทิศทางของปรากฏการณ์เหล่านี้ได้
•••Syed Hussain Ather A
กฎมือขวายังใช้กับรูปร่างโซลินอยด์ของกระแสรอบวัตถุโลหะด้วย เมื่อกระแสเดินทางเป็นวงรอบเส้นลวด มันจะสร้างสนามแม่เหล็กในตะปูโลหะหรือวัตถุอื่นๆ สิ่งนี้ทำให้เกิดแม่เหล็กไฟฟ้าที่รบกวนทิศทางเข็มทิศและสามารถดึงดูดคลิปหนีบกระดาษโลหะเข้าไปได้ ตัวปล่อยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดนี้ทำงานแตกต่างจากแม่เหล็กถาวร
ต่างจากแม่เหล็กถาวรตรงที่แม่เหล็กไฟฟ้าต้องการกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเพื่อให้มีสนามแม่เหล็กสำหรับการใช้งาน ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และผู้เชี่ยวชาญคนอื่นๆ ใช้งานได้หลากหลายและควบคุมการทำงานอย่างหนัก
สนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิด EMF
สนามแม่เหล็กสำหรับกระแสเหนี่ยวนำในรูปโซลินอยด์ของแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถคำนวณได้ดังนี้
B=\mu_0 nL
ซึ่งในบีคือสนามแม่เหล็กในเทสลาμ0 (ออกเสียงว่า มู นอต) คือ การซึมผ่านของเนื้อที่ว่าง (ค่าคงที่ 1.257 x 10-6), หลี่คือ ความยาวของวัตถุโลหะขนานกับสนาม และนคือ จำนวนรอบของแม่เหล็กไฟฟ้า โดยใช้กฎของแอมแปร์
B=\frac{\mu_0 I}{L}
คุณสามารถคำนวณ currenTi(เป็นแอมป์).
สมการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับรูปทรงของโซลินอยด์อย่างใกล้ชิด โดยที่สายไฟพันรอบตะปูโลหะให้ใกล้เคียงที่สุด โปรดจำไว้ว่าทิศทางของกระแสอยู่ตรงข้ามการไหลของอิเล็กตรอน ใช้สิ่งนี้เพื่อค้นหาว่าสนามแม่เหล็กควรเปลี่ยนแปลงอย่างไร และดูว่าเข็มเข็มทิศเปลี่ยนแปลงตามที่คุณจะคำนวณหรือกำหนดโดยใช้กฎมือขวาหรือไม่
เครื่องกำเนิด EMF อื่นๆ
•••Syed Hussain Ather A
การเปลี่ยนแปลงกฎของแอมแปร์ขึ้นอยู่กับเรขาคณิตของตัวกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ในกรณีของแม่เหล็กไฟฟ้ารูปวงแหวนรูปโดนัท สนามแม่เหล็ก
B=\frac{\mu_0 nI}{2\pi r}
สำหรับนจำนวนลูปและrรัศมีจากจุดศูนย์กลางถึงศูนย์กลางของวัตถุที่เป็นโลหะ เส้นรอบวงของวงกลม (2 π r)ในตัวส่วนสะท้อนความยาวใหม่ของสนามแม่เหล็กที่มีรูปร่างเป็นวงกลมทั่ว toroid รูปทรงของเครื่องกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรควบคุมพลังของพวกมันได้
รูปร่าง Toroidal ใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้ขดลวดพันรอบพวกมันในชั้นต่าง ๆ เช่นนั้นเมื่อกระแส ถูกเหนี่ยวนำผ่านแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นและกระแสที่สร้างขึ้นในการตอบสนองจะถ่ายโอนพลังงานระหว่างความแตกต่าง ขดลวด รูปทรงช่วยให้ใช้ขดลวดที่สั้นลงซึ่งช่วยลดการสูญเสียความต้านทานหรือการสูญเสียอันเนื่องมาจากกระแสที่กระทบกระเทือน ทำให้หม้อแปลง Toroidal มีประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน
การใช้แม่เหล็กไฟฟ้า
แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถใช้งานได้หลากหลายตั้งแต่เครื่องจักรอุตสาหกรรม ส่วนประกอบคอมพิวเตอร์ ตัวนำยิ่งยวด และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เอง วัสดุตัวนำยิ่งยวดแทบไม่มีความต้านทานไฟฟ้าที่อุณหภูมิต่ำมาก (ใกล้ 0 เคลวิน) ซึ่งสามารถใช้ในอุปกรณ์วิทยาศาสตร์และการแพทย์
ซึ่งรวมถึงการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) และเครื่องเร่งอนุภาค โซลินอยด์ใช้ในการสร้างสนามแม่เหล็กในเครื่องพิมพ์ดอทเมทริกซ์ หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง และเครื่องจักรอุตสาหกรรม โดยเฉพาะหม้อแปลง Toroidal ยังใช้ในอุตสาหกรรมการแพทย์เพื่อประสิทธิภาพในการสร้างอุปกรณ์ชีวการแพทย์
แม่เหล็กไฟฟ้ายังใช้ในอุปกรณ์ดนตรี เช่น ลำโพงและหูฟัง หม้อแปลงไฟฟ้าที่เพิ่มหรือลดกระแส แรงดันไฟตามสายไฟ การเหนี่ยวนำความร้อนสำหรับการปรุงอาหารและการผลิต และแม้กระทั่งเครื่องแยกแม่เหล็กเพื่อคัดแยกวัสดุแม่เหล็กจากเศษเหล็ก โลหะ. โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเหนี่ยวนำความร้อนและการปรุงอาหารขึ้นอยู่กับแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่สร้างกระแสเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก
สุดท้าย รถไฟแม็กเลฟใช้แรงแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูงเพื่อลอยตัวรถไฟเหนือรางและแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีตัวนำยิ่งยวดเพื่อเร่งความเร็วเป็นความเร็วสูงด้วยอัตราที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ นอกเหนือจากการใช้งานเหล่านี้ คุณยังสามารถค้นหาแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น มอเตอร์ หม้อแปลง หูฟัง ลำโพง เครื่องบันทึกเทป และเครื่องเร่งอนุภาค
