การกำหนดทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กโดยใช้กฎวงแหวนและกฎมือขวา

รูปแบบพิเศษของการมีอยู่ของสสาร - สนามแม่เหล็กของโลกมีส่วนทำให้เกิดการกำเนิดและการอนุรักษ์ชีวิต เศษของทุ่งนี้ เศษแร่ เหล็กดึงดูด นำ ไฟฟ้า เพื่อการบริการของมนุษยชาติ ถ้าไม่มีไฟฟ้า การเอาตัวรอดคงคิดไม่ถึง

เส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคืออะไร

สนามแม่เหล็กถูกกำหนดโดยความแรงในแต่ละจุดในอวกาศ เส้นโค้งที่รวมจุดสนามที่มีขนาดความแรงเท่ากันเรียกว่า เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ความแรงของสนามแม่เหล็ก ณ จุดใดจุดหนึ่งเป็นคุณลักษณะของกำลัง และใช้เวกเตอร์สนามแม่เหล็ก B เพื่อประเมิน ทิศทางของสนามแม่เหล็ก ณ จุดใดจุดหนึ่งบนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะเกิดขึ้นสัมผัสกัน

หากจุดหนึ่งในอวกาศได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กหลาย ๆ แห่ง ความเข้มจะถูกกำหนดโดยการรวมเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่ทำหน้าที่แต่ละอัน ในกรณีนี้ ความเข้มที่จุดใดจุดหนึ่งจะรวมกันเป็นค่าสัมบูรณ์ และเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กถูกกำหนดเป็นผลรวมของเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กทั้งหมด

แม้ว่าเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะมองไม่เห็น แต่ก็มีคุณสมบัติบางอย่าง:

• เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเส้นสนามแม่เหล็กออกจากขั้ว (N) และกลับจาก (S)
• ทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กนั้นสัมผัสกับเส้น
• แม้จะมีรูปร่างที่ซับซ้อน แต่เส้นโค้งไม่ได้ตัดกันและจำเป็นต้องปิด
• สนามแม่เหล็กภายในแม่เหล็กมีความสม่ำเสมอและความหนาแน่นของเส้นสูงสุด
• การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเพียงเส้นเดียวผ่านจุดสนาม

ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กภายในแม่เหล็กถาวร

ในอดีต ในหลายพื้นที่บนโลก คุณภาพตามธรรมชาติของหินบางชนิดในการดึงดูดผลิตภัณฑ์เหล็กเป็นที่สังเกตมานานแล้ว เมื่อเวลาผ่านไป ในประเทศจีนโบราณ ลูกธนูที่แกะสลักด้วยวิธีบางอย่างจากแร่เหล็ก (แร่เหล็กแม่เหล็ก) กลายเป็นวงเวียน ซึ่งแสดงทิศทางไปยังขั้วเหนือและใต้ของโลก และช่วยให้คุณสำรวจภูมิประเทศได้

การศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาตินี้ระบุว่าสมบัติทางแม่เหล็กที่แรงกว่าจะคงอยู่ได้นานขึ้นในโลหะผสมของเหล็ก แม่เหล็กธรรมชาติที่อ่อนแอกว่าคือแร่ที่มีนิกเกิลหรือโคบอลต์ ในกระบวนการศึกษาไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้วิธีรับผลิตภัณฑ์จากสนามแม่เหล็กจากโลหะผสมที่ประกอบด้วยเหล็ก นิกเกิล หรือโคบอลต์เมื่อต้องการทำเช่นนี้ พวกเขาถูกนำเข้าสู่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าตรง และหากจำเป็น ให้ล้างอำนาจแม่เหล็กด้วยกระแสสลับ

ผลิตภัณฑ์ที่ถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กในสภาพธรรมชาติหรือได้มาโดยธรรมชาติจะมีขั้วที่แตกต่างกันสองขั้ว - ตำแหน่งที่ความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กมากที่สุด แม่เหล็กมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันโดยใช้สนามแม่เหล็กเพื่อให้แม่เหล็กเหมือนขั้วผลักกันและไม่เหมือนขั้วแม่เหล็กดึงดูด สิ่งนี้สร้างแรงบิดสำหรับการวางแนวในอวกาศของสนามที่แข็งแกร่งกว่า เช่น สนามของโลก

การแสดงภาพการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบที่มีแม่เหล็กอ่อนและแม่เหล็กแรงสูง ให้ประสบการณ์แบบคลาสสิกกับตะไบเหล็กที่กระจัดกระจายอยู่บนกระดาษแข็งและแม่เหล็กแบนข้างใต้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าขี้เลื่อยเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า จะเห็นได้ชัดเจนว่าพวกมันเรียงตัวกันอย่างไรตามเส้นสนามแม่เหล็ก โดยการเปลี่ยนตำแหน่งของแม่เหล็กใต้กระดาษแข็ง จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าของภาพ การใช้วงเวียนในการทดลองนี้ช่วยเพิ่มผลในการทำความเข้าใจโครงสร้างของสนามแม่เหล็ก

หนึ่งในคุณสมบัติของเส้นแรงแม่เหล็กที่ค้นพบโดย M. Faraday แสดงให้เห็นว่ามันถูกปิดและต่อเนื่องกัน เส้นที่ออกมาจากขั้วเหนือของแม่เหล็กถาวรจะเข้าสู่ขั้วใต้ อย่างไรก็ตามภายในแม่เหล็กจะไม่เปิดและป้อนจากขั้วใต้ไปทางทิศเหนือ จำนวนเส้นภายในผลิตภัณฑ์สูงสุด สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ และการเหนี่ยวนำอาจอ่อนลงเมื่อล้างอำนาจแม่เหล็ก

การกำหนดทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กโดยใช้กฎวงแหวน

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นรอบตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไหลผ่าน เส้นแรงที่ได้นั้นทำงานตามกฎเดียวกับแม่เหล็กธรรมชาตินอกจากนี้ ปฏิกิริยาของสนามไฟฟ้าของตัวนำกับกระแสและสนามแม่เหล็กยังเป็นพื้นฐานของไดนามิกแม่เหล็กไฟฟ้า

การทำความเข้าใจการวางแนวในอวกาศของแรงในสนามที่มีปฏิสัมพันธ์ทำให้เราสามารถคำนวณเวกเตอร์แนวแกนได้:

• การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
• ขนาดและทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ
• ความเร็วเชิงมุม

ความเข้าใจดังกล่าวถูกกำหนดขึ้นในกฎของกิมเล็ต

เมื่อรวมการเคลื่อนที่เชิงแปลของวงแหวนด้านขวากับทิศทางของกระแสในตัวนำ เราจะได้ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กซึ่งแสดงโดยการหมุนของที่จับ

ไม่ใช่กฎแห่งฟิสิกส์ กฎวงแหวนในวิศวกรรมไฟฟ้าใช้เพื่อกำหนดทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กที่ขึ้นอยู่กับเวกเตอร์ปัจจุบันในตัวนำเท่านั้น แต่ยังใช้ในทางกลับกันด้วยการกำหนดทิศทางของกระแสในสายโซลินอยด์ เนื่องจากการหมุนของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

การทำความเข้าใจความสัมพันธ์นี้ทำให้แอมแปร์สามารถพิสูจน์กฎสนามหมุนได้ ซึ่งนำไปสู่การสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าตามหลักการต่างๆ อุปกรณ์ที่หดได้ทั้งหมดที่ใช้ตัวเหนี่ยวนำเป็นไปตามกฎของวงแหวน

กฎมือขวา

การกำหนดทิศทางของกระแสที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กของตัวนำ (ด้านหนึ่งของตัวนำวงปิด) แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงกฎของมือขวา

มันบอกว่าฝ่ามือขวาหันไปที่ขั้ว N (เส้นสนามเข้าสู่ฝ่ามือ) และนิ้วหัวแม่มือเบี่ยง 90 องศาแสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำจากนั้นในวงจรปิด (ขดลวด) สนามแม่เหล็กจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้า , เวกเตอร์การเคลื่อนที่ซึ่งสี่นิ้วชี้

กฎนี้แสดงให้เห็นว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงปรากฏขึ้นอย่างไร พลังธรรมชาติบางอย่าง (น้ำ ลม) หมุนวงจรปิดของตัวนำในสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า จากนั้นมอเตอร์ที่ได้รับกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กคงที่ก็แปลงเป็นการเคลื่อนที่เชิงกล

กฎมือขวาก็เป็นจริงสำหรับตัวเหนี่ยวนำเช่นกัน การเคลื่อนที่ของแกนแม่เหล็กภายในทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ

หากนิ้วทั้งสี่ของมือขวาอยู่ในแนวเดียวกับทิศทางของกระแสในการหมุนของขดลวด นิ้วโป้งที่เบี่ยงเบนไป 90 องศาจะชี้ไปที่ขั้วโลกเหนือ

กฎของวงแหวนและมือขวาแสดงให้เห็นถึงปฏิสัมพันธ์ของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กได้สำเร็จ ทำให้ทุกคนสามารถเข้าใจการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าได้ ไม่ใช่แค่นักวิทยาศาสตร์

บทความที่คล้ายกัน: