เพราะ เหตุ ใด เมื่อ ตัด แท่งแม่เหล็กออก ครึ่ง หนึ่ง จึง ยัง คง ได้ แม่เหล็กที่มีขั้วเหนือใต้เสมอ

William Gilbert นักวิทยาศาสตร์และแพทย์ชาวอังกฤษที่ได้รับการยกย่องว่าเป็น “บิดาแห่งไฟฟ้าและแม่เหล็ก” ผู้บุกเบิกงานวิจัยเกี่ยวกับอำนาจแม่เหล็ก แนวคิดแปลกใหม่ของเขาสร้างเป็นแรงบันดาลใจให้ Galileo ทำการทดลองเพื่อพิสูจน์ว่า “โลกไม่ใช่ศูนย์กลางของเอกภพ”

เพราะ เหตุ ใด เมื่อ ตัด แท่งแม่เหล็กออก ครึ่ง หนึ่ง จึง ยัง คง ได้ แม่เหล็กที่มีขั้วเหนือใต้เสมอ

บทความน่ารู้ เรื่อง แม่เหล็ก
ชาวกรีกโบราณค้นพบแร่ชนิดหนึ่งที่สามารถดึงดูดเหล็กได้ เรียกแร่นั้นว่า แมกนีไทต์ (magnetite) ปัจจุบันเรียกวัสดุที่ดึงดูดเหล็กได้ว่า แม่เหล็ก (magnet) ด้วยสมบัติการวางตัวของแม่เหล็ก จึงมีการประยุกต์นำไปสร้างเป็นเข็มทิศเพื่อใช้ในการบอกทิศทาง

เมื่อแขวนแท่งแม่เหล็กให้หมุนได้อย่างอิสระในแนวราบ แท่งแม่เหล็กจะวางตัวในแนวทิศเหนือ – ทิศใต้เสมอ โดยปลายแท่งแม่เหล็กที่ชี้ไปทางทิศเหนือ เรียกว่า ขั้วเหนือ (north pole) ใช้อักษรตัวย่อ N ส่วนปลายอีกด้านที่ชี้ไปทางทิศใต้ เรียกว่า ขั้วใต้ (south pole) ใช้อักษรตัวย่อ S

แท่งแม่เหล็กจะมีขั้วเหนือและขั้วใต้เสมอ โดยจะไม่มีแม่เหล็กที่มีเฉพาะขั้วเหนือหรือขั้วใต้เพียงอย่างเดียว เมื่อนำขั้วแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็กสองแท่งมาไว้ใกล้กัน ขั้วชนิดเดียวกันจะผลักกัน ขั้วต่างชนิดกันจะดึงดูดกัน

เพื่อนๆ เชื่อหรือไม่ว่า “โลกประพฤติตัวเสมือนแท่งแม่เหล็ก”
ขั้วแม่เหล็กโลก (geomagnetic pole) จะอยู่ใกล้กับขั้วเหนือทางภูมิศาสตร์ (geographical north pole) และขั้วใต้ทางภูมิศาสตร์ (geographical south pole) ซึ่งเปรียบเสมือนแท่งแม่เหล็กวางตัวในแนวเหนือ-ใต้

ดังนั้น เมื่อวางเข็มทิศในบริเวณที่ไม่มีแม่เหล็กอื่นรบกวน เข็มชี้ทิศเหนือของเข็มทิศ จะชี้ไปยังขั้วใต้ของขั้วแม่เหล็กโลก (ขั้วโลกเหนือทางภูมิศาสตร์) และเข็มชี้ทิศใต้ของเข็มทิศจะชี้ไปยังขั้วเหนือของขั้วแม่เหล็กโลก (ขั้วโลกใต้ทางภูมิศาสตร์) จะเห็นว่าเข็มชี้ของเข็มทิศจะชี้ไปยังขั้วแม่เหล็กโลกซึ่งจะตรงข้ามกับขั้วทางภูมิศาสตร์

อ้างอิง: หนังสือเรียน รายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฟิสิกส์ เล่ม 5 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ. 2560)

William Gilbert แมกนีไทต์ แม่เหล็ก ไฟฟ้า

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

เพราะ เหตุ ใด เมื่อ ตัด แท่งแม่เหล็กออก ครึ่ง หนึ่ง จึง ยัง คง ได้ แม่เหล็กที่มีขั้วเหนือใต้เสมอ

แม่เหล็กรูปเกือกม้า ทำให้แม่เหล็กมีแรงดูดมากขึ้น

เพราะ เหตุ ใด เมื่อ ตัด แท่งแม่เหล็กออก ครึ่ง หนึ่ง จึง ยัง คง ได้ แม่เหล็กที่มีขั้วเหนือใต้เสมอ

รูปแสดงเส้นแรงแม่เหล็กจากขั้วเหนือไปขั้วใต้ บริเวณที่แรงนี้ส่งไปถึง เรียกว่าสนามแม่เหล็ก

แม่เหล็ก เป็นแร่หรือโลหะที่มีสมบัติดูดเหล็กได้[1] ในประวัติศาสตร์ พบว่า สาร Magnesian stone (หินแมกแนเซียน) เป็นวัตถุที่ดูดเหล็กได้ แม่เหล็ก (มาจากภาษากรีก μαγνήτις λίθος magnḗtis líthos) แม่เหล็กสามารถทำให้เกิดสนามแม่เหล็กได้ นั่นคือมันสามารถส่งแรงดูดหรือแรงผลัก ออกไปรอบ ๆ ตัวมันได้ แม้ว่าสนามแม่เหล็กจะเป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้แต่มันเป็นเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติสำคัญของแม่เหล็กโดยตรง ได้แก่ คุณสมบัติการดูดและการผลักกันระหว่างแท่งแม่เหล็ก เราสามารถสร้างแม่เหล็กขึ้นมาได้ วิธีแรกคือ นำเหล็กมาถูกับแม่เหล็ก วิธีที่สองคือ ป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดที่พันรอบเหล็ก แรงเหนี่ยวนำในขดลวดทำให้เหล็กนั้นกลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราว และทำให้เกิด สนามแม่เหล็กรอบ ๆ เหล็กนั้น[2] เราเรียกแม่เหล็กแบบนี้ว่า แม่เหล็กไฟฟ้า ปัจจุบัน มีสารอื่นที่ทำให้เป็นแม่เหล็กได้ เช่น นิเกิล โคบอล แมงกานีส

เพราะ เหตุ ใด เมื่อ ตัด แท่งแม่เหล็กออก ครึ่ง หนึ่ง จึง ยัง คง ได้ แม่เหล็กที่มีขั้วเหนือใต้เสมอ

รูปแสดงการเรียงตัวของผงตะไบเหล็กในสนามแม่เหล็ก

คุณสมบัติของแม่เหล็ก[แก้]

  1. แม่เหล็กมี 2 ขั้วเสมอ ขั้วเหนือและขั้วใต้ ถ้าแขวนแท่งแม่เหล็กให้เคลื่อนที่อย่างอิสระ เมื่อหยุดนิ่ง ขั้วที่ชี้ไปทางทิศเหนือ เรียกว่า ขั้วเหนือ (N) ขั้วที่ชี้ไปทางทิศใต้ เรียกว่า ขั้วใต้ (S)
  2. ขั้วแม่เหล็กทั้งขั้วเหนือและขั้วใต้จะดูดสารแม่เหล็กเสมอ
  3. เมื่อนำแม่เหล็ก 2 อันมาอยู่ใกล้กัน ขั้วเหมือนกันจะผลักกัน และขั้วต่างกันจะดูดกัน
  4. แรงดูดจะมีมากที่สุดที่บริเวณขั้วทั้งสองของแม่เหล็กและลดน้อยลงเมื่อถัดเข้ามา
  5. เส้นแรงแม่เหล็กมีทิศทางออกจากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้ ทั้งสามมิติ
  6. สนามแม่เหล็กหมายถึงบริเวณที่แม่เหล็กส่งแรงไปถึง

การประดิษฐ์แม่เหล็ก[แก้]

  1. แท่งแม่เหล็กโดยการถู วางแท่งแม่เหล็กบนโต๊ะแล้วใช้แท่งแม่เหล็กถูลากจากปลายหนึ่งไปยังอีกข้างหนึ่งแล้วยกขึ้นนำกลับมาวางที่ปลายตั้งต้น ทำซ้ำหลาย ๆ ครั้ง จนกระทั่งแท่งเหล็กกลายเป็นแม่เหล็ก สังเกตลักษณะของเหล็ก
  • ถ้าเหล็กเป็นเหล็กอ่อน (iron) จะได้แม่เหล็กชั่วคราว
  • ถ้าเหล็กเป็นเหล็กกล้า (steel) จะได้แม่เหล็กถาวร

ซึ่งแม่เหล็กจะหมดอำนาจเมื่อถูกนำไปเผาหรือทุบด้วยค้อนหลาย ๆ ครั้ง

  1. เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปในขดลวดสามารถแสดงอำนาจเป็นแม่เหล็กเกิดขึ้นได้และอำนาจจะหมดเมื่อหยุดปล่อยกระแสไฟฟ้า

การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก[แก้]

เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า q เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก B ด้วยความเร็ว v ทำมุมใด ๆ ที่ไม่ขนานกับสนามแม่เหล็กจะมีแรงกระทำต่ออนุภาคดังสมการ

โดยทิศทางสามารถหาได้จาก กฎมือขวา (right hand rule) และเมื่อนำลวดตัวนำที่มีฉนวนหุ้มมาขดเป็นวงกลมหลาย ๆ วงเรียงซ้อนกัน เป็นรูปทรงกระบอก เรียกว่า โซเลนอยด์ (solenoid)

กระแสไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก[แก้]

เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำจะเกิดสนามแม่เหล็กรอบลวดตัวนำในลักษณะดังนี้

  1. กระแสไฟฟ้าผ่านลวดตัวนำตรง จะเกิดสนามแม่เหล็กรอบลวดตัวนำ หาทิศทางของสนามแม่เหล็กได้จาก กฎมือขวาโดยการกำมือรอบลวดตัวนำตรง และให้นิ้วหัวแม่มือชี้ไปทางทิศทางของกระแสไฟฟ้า ทิศการวนตามการชี้ของนิ้วทั้งสี่จะชี้ทิศทางของสนามแม่เหล็ก
  2. เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านโซเลนอยด์ (รวมทั้งลวดตัวนำวงกลม) จะเกิดสนามแม่เหล็กที่มีลักษณะคล้ายกับสนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็ก การหาทิศทางยังคงใช้กฎมือขวาโดยวิธีกำมือขวาให้นิ้วทั้งสี่ชี้ไปตามทิศทางของกระแสไฟฟ้านิ้วหัวแม่มือจะชี้ทิศทางของสนามแม่เหล็ก
  3. กระแสไฟฟ้าผ่านทอรอยด์ จะเกิดสนามแม่เหล็กภายในทอรอยด์ การหาทิศทางใช้วิธีกำมือขวารอบแกนทอรอยด์ให้นิ้วทั้งสี่วนไปตามทิศทางของกระแสไฟฟ้า นิ้วหัวแม้มือจะชี้ทิศทางของสนามแม่เหล็ก

แรงแม่เหล็กกระทำต่อลวดตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า[แก้]

เมื่อลวดตัวนำตรงยาว I ที่มีกระแสไฟฟ้า I ผ่านขณะวางตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก B จะเกิดแรงกระทำด้วยขนาด

โดยทิศทางของแรงหาได้จากการกำมือขวาโดยวนนิ้วทั้งสี่ (ผ่านมุมเล็ก) จากทิศทางของกระแสไฟฟ้าไปหาทิศทางของสนามแม่เหล็กนิ้วหัวแม่มือจะชี้ทิศทางของแรง ส่วนในกรณีลวดตัวนำวางในทิศทางกระแสไฟฟ้าที่ทำมุม θ กับสนามแม่เหล็ก B ขนาดของแรงจะเป็น

เพราะ เหตุ ใด เมื่อ ตัด แท่งแม่เหล็กออก ครึ่ง หนึ่ง จึง ยัง คง ได้ แม่เหล็กที่มีขั้วเหนือใต้เสมอ

โดยยังคงใช้กฎมือขวาหาทิศทางของแรงได้เช่นกัน แรงแม่เหล็กระหว่างลวดตัวนำสองเส้นที่ขนานกันและมีกระแสไฟฟ้าผ่าน ลวดตัวนำสองเส้นที่ขนานกันและมีกระแสไฟฟ้าผ่าน จะมีแรงกระทำระหว่างลวดตัวนำทั้งสองโดยจะเป็นแรงดึงดูดถ้ากระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำทั้งสองมีทิศทางเดียวกัน แต่จะเป็นแรงผลัก ถ้ากระแสไฟฟ้าในลวดตัวนำทั้งสองมีทิศทางตรงข้ามกัน

แกลแวนอมิเตอร์และมอเตอร์กระแสตรง[แก้]

แกลแวนอมิเตอร์เป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าประกอบด้วยขดลวดทองแดงเคลือบน้ำยาที่หมุนรอบแกน มีลักษณะเป็นขดลวดสี่เหลี่ยมมีแกนหมุนที่หมุนได้คล่องซึ่งจะใช้วัตถุที่มีความแข็งมาก เมื่อมีกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดจะเกิดโมเมนต์ของแรงคู่ควบบิดขดลวดให้หมุนไป ทำให้เข็มชี้ (ตัดกับแกนหมุนของขดลวด) เบนตามไปด้วย มุมเบนของเข็มชี้แปรผันตรงกับขนาดของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวด การสร้างสเกลเพื่ออ่านกระแสไฟฟ้าทำได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าขนาดต่าง ๆ มอเตอร์กระแสตรง เป็นอุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ประกอบด้วยขดลวดที่หมุนได้รอบแกนวางอยู่ในสนามแม่เหล็ก มีคอมมิวเทเตอร์และแปรงสัมผัสช่วยให้ขดลวดหมุนอย่างต่อเนื่องในทิศทางเดียวเมื่อมีกระแสจากแบตเตอรี่ผ่านเข้าขดลวด

กระแสเหนี่ยวนำและแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ[แก้]

กระแสไฟฟ้าในขดลวดตัวนำเกิดจากการที่มีการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดตัวนำเรียกการทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าลักษณะนี้ว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (eletro magnetic induction) และเรียกกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากวิธีนี้ว่า กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (inducedcurrent) ปลายทั้งสองของเส้นลวดตัวนำมีความต่างศักย์ ดังนั้นถ้าต่อเส้นลวดตัวนำนี้ให้ครบวงจร ก็จะมีกระแสไฟฟ้าในวงจร แสดงว่าปลายทั้งสองของเส้นลวดตัวนำทำหน้าที่ เสมือนเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (induced electromotive force) หรือ อีเอ็มเอฟเหนี่ยวนำ (induced emf) กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ สรุปได้ว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในขดลวดเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดนั้นเมื่อเทียบกับเวลา กฎของเลนซ์มีใจความว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ในขดลวดจะทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำในทิศทางที่ทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กใหม่ขึ้นมาต้านการเปลี่ยนแปลง ของฟลักซ์แม่เหล็กที่ตัดผ่านขดลวดนั้น

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า[แก้]

มอเตอร์ขณะหมุนจะมีฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงผ่านขดลวด ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำมีทิศทางตรงข้ามกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเดิม เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับ ในกรณีมอเตอร์ติดขัดหรือหมุนช้ากว่าปกติแรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับจะมีค่าน้อยทำให้กระแสไฟฟ้าในขดลวดมีค่ามาก อาจทำให้ขดลวดร้อนจนไหม้ได้ จึงจำเป็นต้องตัดสวิตซ์เพื่อหยุดการทำงานของมอเตอร์ทุกครั้งที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับมีค่าน้อย

ค่าของปริมาณที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้ากระแสสลับ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเปลี่ยนค่าตามเวลาในรูปฟังก์ชันไซน์ดังสมการ

เมื่อ เป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เวลา ใด ๆ เป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำสูงสุด เป็นความถี่เชิงมุมซึ่งมีค่าเท่ากับ (โดย เป็นความถี่ในการเปลี่ยนค่าซ้ำเดิมของแรงเคลื่อนไฟฟ้า)

การนำความรู้เกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็กไปใช้ประโยชน์[แก้]

ความรู้ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กถูกนำไปใช้ในการสร้างและพัฒนาเครื่องมือเครื่องใช้ด้านต่าง ๆ เช่น ไมโครโฟน ลำโพง แผ่นบันทึกข้อมูลของคอมพิวเตอร์ ฯลฯ

ดูเพิ่ม[แก้]

  • แม่เหล็กไฟฟ้า, แม่เหล็กที่สร้างสนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้า

อ้างอิง[แก้]

  1. [1] เก็บถาวร 2009-03-02 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน, พจนานุกรม ฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. ๒๕๔๒
  2. "แม่เหล็กและแม่เหล็กโลก". คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2015-09-22. สืบค้นเมื่อ 2011-12-21.

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]

  • About Magnets
  • http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/electromagnetism/sub_lesson/8_2.htm