แม่เหล็กไฟฟ้า

เรื่องประวัติความเป็นมา

ฟาราเดย์กับการบุกเบิกวิชาไฟฟ้าแม่เหล็กไมเคิล เกิดเมื่อ 22 กันยายน 1791 ใกล้ลอนดอน เป็นบุตรชายของช่างตีเหล็กจากยอร์กเชียร์ ครอบครัวของเขายากจนมา เมื่ออายุได้ 13 ปี ไมเคิลเริ่มทำงานที่ร้อนหนังสือและกลายเป็นคนที่สนใจอ่านหนังสือ เขาเรียนหนังสือภาคค่ำที่สอนโดย เซอร์ ฮัมฟรี เดวี และได้เป็นผู้ช่วยในห้องปฏิบัติการ ไมเคิลเป็นนักฟิสิกส์ด้านการทดลองที่ยิ่งใหญ่ที่สุด เขาค้นพบเบนซินเป็นผู้ประดิษฐ์มอเตอร์ไฟฟ้า ได้นาโม และหม้อแปลงไฟฟ้า ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และกฎของอิเล็กโทรลิซิส เขาเสนอความคิดเกี่ยวกับเส้นฟลักซ์ เขาเป็นคนสุภาพใจดีและชอบให้ เป็นนักปาฐกถาที่กระตือรือร้น ได้รับการยกย่องว่าเป็นบิดาแห่งไฟฟ้า เมื่อไมเคิลเริ่มทดลอง ไฟฟ้าและแม่เหล็ก ถูกมองว่าเป็นเพียงของเล่น เมื่อเขาเสียชีวิตแล้ว กฎของแม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำมาศึกษาต่า และเทคโนโลยีของสังคมไฟฟ้าก็ได้เกิดขึ้น ไมเคิล ฟาราเดย์(1791-1867) เติบโตจากครอบครัวที่ยากจนแต่ก็กลายเป็นนักวิทาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ในสมัยนั้น ระหว่างการทำงานที่ราชสถาบันแห่งลอนดอนเขาได้ค้นพบความรู้พื้นฐานทางด้านเคมี และฟิสิกส์หลาย เรื่องในปี ค.ศ.1831จากการที่ได้อ่านผลงานของ เออร์สเตดเขาก็ได้ค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงสภาวะแม่เหล็กใกล้ ขดลวดทำ ให้เกิดการไหลของ กระแสไฟฟ้าซึ่งชี้ชัดว่าสภาวะแม่เหล็กกับไฟฟ้ามีความสัมพันธ์เชื่อมโยงกัน ไมเคิล ฟาราเดย์ กล่าวโดยสรุปว่า "เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสนามแม่เหล็กจะมีผลให้เกิดการเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ของตัวนำ ในสนามแม่เหล็กจะก่อให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ในตัวนำนั้น เรียกว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งจะเกิดขึ้นเสมอในตัวนำที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง"

สนามแม่เหล็ก

: Magnetic Fieldsสนามแม่เหล็ก คือ บริเวณรอบๆแท่งแม่เหล้กเส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic field lines) หรือ ฟลักซ์แม่เหล็ก (Flux lines) คือ เส้นที่แสดงทิศของสนามแม่เหล็กรอบๆ แท่งแม่เหล็ก โดยจะมีทิศชี้จากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้จุดเป็นกลาง (Neutral point) เป็นจุดที่ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กมีค่าเป็นศูนย์สนามแม่เหล็กโลก : The Earth’s magnetismในโลกเรานั้นมีสนามแม่เหล็กอยู่ด้วย ซึ่งสนามแม่เหล็กที่มีนั้นเหมือนกับเกิดมาจากมีแม่เหล็กขนาดใหญ่วางตัวอยู่ที่ ใจกลางโลก โดยเอาฝั่งที่เป็นขั้วเหนือชี้ไปทางทิศใต้ และเอาขั้วใต้ชี้ไปทางทิศเหนือ มุมที่ทำกันระหว่างเส้นแนวระดับบนผิวโลกกับเส้นแรงแม่เหล็กนั้นจะเรียกว่า มุมเอียงหรือมุมเท (Inclination or dip) เมื่อลองนำแม่เหล็กมาแขวนไว้ในสนามแม่เหล็กโลก ระนาบของแม่เหล็กที่ชี้นั้นเรียกว่า เส้นแมริเดียนแม่เหล็ก (Magnetic meridian) โดยเส้นนี้จะทำมุมบ่ายเบน (Declination) กับเส้นตรงที่ลากจากทิศเหนือจริงอยู่เล็กน้อยแม่เหล็กไฟฟ้า : Electromagnetismแม่เหล็กไฟฟ้า คือ สภาวะแม่เหล็กที่เกิดจากการที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด เรานำสิ่งที่เกิดขึ้นนี้ไปใช้ในการสร้างแม่เหล็กที่มีกำลังสูง และใช้สำหรับทำให้เกิดการเคลื่อนที่โดยกระแสไฟฟ้าการหาทิศของสนามแม่ เหล็กไฟฟ้านั้น เราสามารถหาได้จากกฏสกรูของแมกเวลล์ (Maxwell’s screw rule) หรือจากกฎกำมือขวา (Right-hand grip rule)- กฎสกรูของแมกเวลล์ (Maxwell’s screw rule) ทิศของสนามแม่เหล็กรอบๆ เส้นลวดจะอยู่ในทิศที่สกรูหมุน เมื่อขันสกรูเข้าไปตามทิศของกระแสที่ไหล- กฎกำมือขวา (Right-hand grip rule) ทิศของสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดอยู่ในแนวนิ้วมือขวาที่กำรอบลวด โดยหัวแม่มือชี้ไปทางทิศของกระแสแม่เหล็กไฟฟ้านั้น จะประกอบไปด้วยสิ่งที่สำคัญ 2 สิ่งก็คือ ขดลวด (Coil) กับแกน (Core) โดยที่ขดลวดนี้จะหมายถึง ขดลวดหลายๆขดที่พันอยู่รอบๆแกน ขดลวดที่ใช้พันนั้น ยอกตัวอย่างได้เช่น ขดลวดแบน (Flat coil or plane coil) เป็นขดลวดที่มีความยาวน้อยเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลาง โซลินอยด์ (Solenoid) เป็นขดลวดที่มีความยาวมากเมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลาง เป็นต้น โดยสนามแม่เหล็กที่เกิดจากโซลินอยด์จะคล้ายกับแท่งแม่เหล็ก ส่วนแกนจะเป็นสารแม่เหล็กชั่วคราวทำให้มีหรือไม่มีอำนาจแม่เหล็กได้ โดยการปิดหรือเปิดสวิตซ์แม่เหล็กไฟฟ้าโดยทั่วไปจะมีขั้วที่ต่างกันอยู่ใกล้ๆกันเพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กความเข้มสูงประโยชน์ของแม่เหล็กไฟฟ้า : Applications of electromagnetsเราใช้ประโยชน์จากการดูดดลหะของแม่เหล็กเมื่อวงจรปิด เพื่อนำมาเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ตัวอย่างของอุปกรณ์ที่ใช้หลักการของแม่เหล็กไฟฟ้าก็คือ ออดไฟฟ้า (Electric buzzer) หูฟัง (Earpiece) แม่เหล็กยกของ (Lifting magnet) รีเลย์ (Relay) รถแม่เหล็กไฟฟ้า (Maglev)

เรื่อง สนามแม่เหล็ก
แม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก แม่เหล็ก เป็นสารประกอบของเหล็กและออกซิเจน เป็นวัตถุที่ สามารถดูดสารแม่เหล็กบางชนิดได้ สนามแม่เหล็ก คือบริเวณหรือขอบเขตที่แม่เหล็กส่งเส้นแรงแม่ เหล็กที่มีอำนาจการดึงดูดออกไปได้ถึง
คุณสมบัติของเส้นแรงแม่เหล็ก 1. มีทิศออกจากขั้วเหนือเข้าสู่ขั้วใต้ 2. ถ้ามีเส้นแรงแม่เหล็กปริมาณมาก เส้นแรงแม่ เหล็กจะรวมกัน หรือต้านกันออกไปทำให้เกิดจุดสะเทิน ซึ่งเป็นจุดที่มีค่าความเข้มสนาม แม่เหล็กเป็นศูนย์
ฟลักซ์แม่เหล็ก คือ ปริมาณเส้นแรงแม่เหล็ก หรือจำนวนของเส้น แรงแม่เหล็ก ใช้สัญลักษณ์ ความเข้มสนามแม่เหล็ก (B) หมายถึง จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กต่อ หน่วยพื้นที่ที่เส้นแรงแม่เหล็กตกตั้งฉาก B = ความเข้มของสนามแม่เหล็ก มีหน่วยเป็น Tesla(T)หรือ Wb/m2 = ฟลักซ์แม่เหล็ก มีหน่วยเป็น Weber (Wb) A = พื้นที่ที่ตกตั้งฉาก มีหน่วยเป็น ตารางเมตร (m2)

การเคลื่อนที่ของอนุภาพแม่เหล็กไฟฟ้า

เนื่องจากสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงเฉื่อยของผู้สังเกต ดังนั้นผู้สังเกตที่อยู่ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่ต่างกัน ก็ย่อมสังเกตเห็นอนุภาคประจุที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกระทำด้วยแรงที่ต่างกัน เมื่ออนุภาคถูกกระทำด้วยแรงที่ต่างกัน ก็น่าจะรูปแบบและเส้นทางการเคลื่อนที่ ที่ต่างกันด้วย จากความรู้เรื่องกลศาสตร์ และทฤษฏีสัมพัทธภาพ ทำให้สามารถคำนวณหาสมการที่บอกตำแหน่งของอนุภาคที่สังเกตจากกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่ต่างกันได้ และเมื่อนำสมการที่ได้ไปวาดภาพเพื่อแสดงรูปแบบและเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค พบว่าอนุภาคมีรูปแบบและเส้นทางการเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อผู้สังเกตอยู่ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่เปลี่ยนไป และสรุปได้อีกว่าอนุภาคที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีเส้นทางการเคลื่อนที่ได้หลายเส้นทางขึ้นอยู่กับกรอบอ้างอิงเฉื่อยของผู้สังเกต