การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและกฎหมาย

ไมเคิลฟาราเดย์นักวิทยาศาสตร์ค้นพบและเผยแพร่แม่เหล็กไฟฟ้า การเหนี่ยวนำ ในปี พ.ศ. 2374 ในปี พ.ศ. 2375 โจเซฟเฮนรีนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันได้ค้นพบโดยอิสระ แนวคิดพื้นฐานของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้มาจากแนวความคิดของเส้นแรง แม้ว่าในช่วงเวลาแห่งการค้นพบนักวิทยาศาสตร์ก็ทิ้งความคิดของเขาไปเพราะมันไม่ได้ถูกสร้างขึ้นทางคณิตศาสตร์ James Clerk Maxwell ได้ใช้แนวคิดของ Faraday เป็นพื้นฐานของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงปริมาณของเขา ในปี พ.ศ. 2377 Heinrich Lenz ได้คิดค้นกฎหมายเพื่ออธิบายเกี่ยวกับฟลักซ์ตลอดวงจร สามารถรับทิศทาง e.m.f ที่เหนี่ยวนำได้จากกฎของ Lenz และผลปัจจุบันจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร?

คำจำกัดความของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือการสร้างแรงดันไฟฟ้าหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าข้าม ถึงคนขับ ภายในสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกัน โดยทั่วไป Michael Faraday ได้รับการยอมรับด้วยนวัตกรรมการเหนี่ยวนำในปี พ.ศ. 2374 James Clerk Maxwell ได้อธิบายไว้ในทางวิทยาศาสตร์ในขณะที่กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ ทิศทางสนามที่เกิดขึ้นสามารถค้นพบได้ผ่านกฎหมายของ Lenz หลังจากนั้นกฎของฟาราเดย์ก็ได้กำหนดสมการของ Maxwell-Faraday การประยุกต์ใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ ส่วนประกอบไฟฟ้า เช่นหม้อแปลงไฟฟ้า ตัวเหนี่ยวนำ รวมถึงอุปกรณ์ต่างๆเช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ .

กฎแห่งการชักนำของฟาราเดย์และกฎหมายของเลนซ์

กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ใช้ฟลักซ์แม่เหล็กΦBทั่วพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยห่วงลวด ในที่นี้ฟลักซ์สามารถอธิบายได้ด้วยส่วนประกอบของพื้นผิว

สนามแม่เหล็ก

โดยที่ 'dA' เป็นองค์ประกอบพื้นผิว
‘Σ’ ล้อมรอบด้วยห่วงลวด
‘B’ คือสนามแม่เหล็ก
‘B • dA’ คือผลิตภัณฑ์จุดที่สื่อสารกับปริมาณของฟลักซ์แม่เหล็ก

ฟลักซ์แม่เหล็กตลอดห่วงลวดสามารถเป็นสัดส่วนกับเลขที่ ของเส้นฟลักซ์แม่เหล็กที่เกินตลอดลูป

เมื่อใดก็ตามที่ฟลักซ์ระหว่างพื้นผิวเปลี่ยนแปลงกฎของฟาราเดย์ระบุว่าห่วงลวดได้รับ EMF (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) กฎหมายที่แพร่หลายที่สุดระบุว่า EMF ที่เหนี่ยวนำภายในวงจรปิดใด ๆ สามารถเทียบเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่รวมอยู่ในวงจร

โดยที่ ‘ε’ คือ EMF และ ‘ΦB’ คือฟลักซ์แม่เหล็ก ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าสามารถกำหนดได้โดยกฎหมายของ Lenz และกฎหมายนี้ระบุว่ากระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำซึ่งจะไหลภายในวิธีที่จะต้านทานการแปลงที่สร้างขึ้น นี่เป็นเพราะสัญญาณลบภายในสมการก่อนหน้านี้

ในการเพิ่มแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นวิธีการทั่วไปคือการพัฒนาการเชื่อมต่อของฟลักซ์โดยการพันลวดที่พันแน่นด้วยการบิดที่เท่ากันโดยแต่ละเส้นจะมีฟลักซ์แม่เหล็กที่คล้ายกันไหลผ่าน จากนั้น EMF ที่ได้จะเป็น N เท่าของสายเดี่ยว 1 เส้น

ε = -N δΦB / ∂t

EMF สามารถสร้างขึ้นได้โดยการเบี่ยงเบนของฟลักซ์แม่เหล็กตลอดพื้นผิวของห่วงลวดสามารถหาได้หลายวิธี

• สนามแม่เหล็ก (B) เปลี่ยนไป
• ห่วงลวดอาจบิดเบี้ยวและพื้นผิว (Σ) จะเปลี่ยนไป
• ทิศทางของพื้นผิว (dA) เปลี่ยนไปและชุดค่าผสมใด ๆ ข้างต้น

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของ Lenz

กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของ Lenz ระบุว่าเมื่อใดก็ตามที่เกิดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการปรับฟลักซ์แม่เหล็กตามกฎของฟาราเดย์ขั้วของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะสร้างกระแสและสนามแม่เหล็กต่อต้านการเปลี่ยนแปลงที่สร้างขึ้น

ε = -N δΦB / ∂t

ในสมการการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าข้างต้นสัญญาณลบบ่งชี้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเช่นเดียวกับการปรับเปลี่ยนภายในฟลักซ์แม่เหล็ก (δΦB) มีสัญญาณย้อนกลับ

ที่ไหน

Εคือแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

δΦBถูกแก้ไขในฟลักซ์แม่เหล็ก

N คือไม่ ของการบิดภายในขดลวด

สมการแม็กซ์เวล - ฟาราเดย์

โดยทั่วไปความสัมพันธ์ระหว่างแรงแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเรียกว่าεภายในวงลวดเกี่ยวกับพื้นผิวเช่นΣเช่นเดียวกับสนามไฟฟ้า (E) ภายในเส้นลวดสามารถกำหนดได้โดย

สนามไฟฟ้าในแม็กซ์เวลล์

ในสมการข้างต้น 'dℓ' คือองค์ประกอบเส้นโค้งของพื้นผิวซึ่งเรียกว่า 'Σ' ซึ่งรวมเข้ากับนิยามของฟลักซ์
รูปแบบอินทิกรัลของสมการแม็กซ์เวลล์ - ฟาราเดย์สามารถเขียนเป็น

สนามแม่เหล็ก

สมการข้างต้นเป็นหนึ่งใน สมการ Maxwell จากสมการทั้งสี่จึงมีบทบาทสำคัญในทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิก

อินทิกรัลฟอร์มของแม็กซ์เวลล์ - ฟาราเดย์ - สมการ

กฎหมายและสัมพัทธภาพของฟาราเดย์

กฎหมายของฟาราเดย์ระบุข้อเท็จจริงสองประการที่แตกต่างกัน ประการหนึ่งคือแรงแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นได้จากแรงแม่เหล็กบนลวดที่เคลื่อนที่เช่นเดียวกับ EMF ของหม้อแปลง EMF สามารถสร้างขึ้นด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก

ในปี 1861 James Clerk Maxwell ได้แจ้งให้ทราบถึงข้อเท็จจริงที่สังเกตได้ทางกายภาพที่แยกจากกัน นี่ถือได้ว่าเป็นตัวอย่างพิเศษในแนวคิดทางฟิสิกส์ทุกที่ที่มีการยกกฎพื้นฐานดังกล่าวขึ้นเพื่อให้ชัดเจนถึงข้อเท็จจริงที่แตกต่างกันสองประการดังกล่าว

อัลเบิร์ตไอน์สไตน์สังเกตเห็นว่าทั้งสองเงื่อนไขสื่อสารไปสู่การเคลื่อนที่เชิงเปรียบเทียบระหว่างแม่เหล็กและตัวนำและผลลัพธ์ก็ไม่เปลี่ยนแปลงตามที่กำลังเดินทาง นี่เป็นหนึ่งในเส้นทางหลักที่ทำให้เขาขยายสัมพัทธภาพโดยเฉพาะ

การทดลองการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เรารู้ว่ากระแสไฟฟ้าสามารถพาไปได้โดยการไหลของอิเล็กตรอนไม่เช่นนั้นกระแสไฟฟ้า หนึ่งในคุณสมบัติหลักและมีประโยชน์มากของกระแสคือมันสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองซึ่งใช้ได้กับมอเตอร์หลายประเภทและเครื่องใช้ไฟฟ้า ต่อไปนี้เราจะให้แนวคิดเกี่ยวกับแนวคิดนี้โดยอธิบายการทดลองการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การทดลองการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

วัสดุที่จำเป็นของการทดลองนี้ส่วนใหญ่ ได้แก่ ลวดทองแดงบาง ๆ แบตเตอรี่โคมไฟ 12V ตะปูโลหะยาวแบตเตอรี่ 9V สวิตช์เปิดปิดเครื่องตัดลวดเทปไฟฟ้าและคลิปหนีบกระดาษ

• การเชื่อมต่อและการทำงาน
• ใช้สายไฟยาวและเชื่อมต่อกับ o / p บวกของสวิตช์สลับ
• หมุนลวดอย่างน้อย 50 ครั้งรอบ ๆ ตะปูโลหะเพื่อสร้างโซลินอยด์
• เมื่อบิดสายเสร็จแล้วให้ต่อสายเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่
• ใช้ชิ้นส่วนสายไฟและเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่และสลับขั้วลบของสวิตช์
• เปิดใช้งานสวิตช์
• วางคลิปหนีบกระดาษไว้ใกล้กับเล็บโลหะ

การไหลของกระแสภายใน วงจร จะทำให้เล็บโลหะเป็นแม่เหล็กและจะทำให้คลิปหนีบกระดาษเป็นแม่เหล็ก ที่นี่แบตเตอรี่ 12V จะสร้างแม่เหล็กที่แรงกว่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ 9V

การใช้งาน

หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ต่างๆและระบบต่างๆ ตัวอย่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าบางส่วนมีดังต่อไปนี้

• หม้อแปลงไฟฟ้า
• มอเตอร์เหนี่ยวนำ
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• การขึ้นรูปแม่เหล็กไฟฟ้า
• เมตร Hall Effect
• แคลมป์ปัจจุบัน
• การปรุงอาหารแบบเหนี่ยวนำ
• เครื่องวัดการไหลของแม่เหล็ก
• แท็บเล็ตกราฟิก
• การเชื่อมแบบเหนี่ยวนำ
• การชาร์จแบบอุปนัย
• ตัวเหนี่ยวนำ
• ไฟฉายที่ขับเคลื่อนด้วยกลไก
• วงแหวนโรว์แลนด์
• รถปิคอัพ
• การกระตุ้นด้วยแม่เหล็ก Transcranial
• การถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย
• การปิดผนึกการเหนี่ยวนำ

ดังนั้นทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า . เป็นวิธีการที่ตัวนำอยู่ภายในสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกันซึ่งจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวนำ ซึ่งจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถนำไปใช้กับการใช้งานที่แตกต่างกันได้เช่นหม้อแปลงตัวเหนี่ยวนำเป็นต้นซึ่งเป็นรากฐานของมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทุกชนิดซึ่งสามารถใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า นี่คือคำถามสำหรับคุณใครเป็นผู้ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า?