การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าหมายถึงการเหนี่ยวนำของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) ในตัวกลางหรือใกล้ตัวเนื่องจากการมีสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบโดยไมเคิลฟาราเดย์นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอังกฤษในช่วงปี พ.ศ. 2374 ผ่านกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์
ฟาราเดย์ทำการทดสอบทดลองด้วยแม่เหล็กถาวรที่ล้อมรอบด้วยขดลวดและสังเกตการเหนี่ยวนำของแรงดันไฟฟ้าบนขดลวดดังกล่าวและการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้า
ไมเคิลฟาราเดย์
กฎหมายนี้ระบุว่าแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำบนวงปิดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กเมื่อไหลผ่านพื้นผิวตามเวลา ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) บนร่างกายที่อยู่ติดกันเนื่องจากอิทธิพลของสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกัน
ในทางกลับกันแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้ก่อให้เกิดการหมุนเวียนของกระแสที่สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำและความต้านทานของวัตถุที่ทำการวิเคราะห์ ปรากฏการณ์นี้เป็นหลักการทำงานของระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่ใช้ในชีวิตประจำวันเช่นมอเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้าเตาเหนี่ยวนำตัวเหนี่ยวนำแบตเตอรี่ ฯลฯ
สูตรและหน่วย
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่ฟาราเดย์ใช้ร่วมกับโลกแห่งวิทยาศาสตร์ผ่านการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ช่วยให้สามารถจำลองปรากฏการณ์ประเภทนี้และทำนายพฤติกรรมของพวกมันได้
สูตร
ในการคำนวณค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า (แรงดัน, กระแส) ที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าก่อนอื่นจำเป็นต้องกำหนดค่าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งปัจจุบันเรียกว่าสนามแม่เหล็ก
หากต้องการทราบว่าอะไรคือฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านพื้นผิวบางอย่างจึงต้องคำนวณผลคูณของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กตามพื้นที่ดังกล่าว ดังนั้น:
ที่ไหน:
Φ: ฟลักซ์แม่เหล็ก
B: การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
S: พื้นผิว
กฎของฟาราเดย์ระบุว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นกับร่างกายที่อยู่ใกล้เคียงนั้นได้รับจากอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กตามเวลาดังรายละเอียดด้านล่าง:
ที่ไหน:
ε: แรงเคลื่อนไฟฟ้า
โดยการแทนที่ค่าของฟลักซ์แม่เหล็กในนิพจน์ก่อนหน้านี้เรามีสิ่งต่อไปนี้:
ถ้าอินทิกรัลถูกนำไปใช้กับทั้งสองด้านของสมการเพื่อกำหนดเส้นทาง จำกัด สำหรับพื้นที่ที่เกี่ยวข้องกับฟลักซ์แม่เหล็กจะได้ค่าประมาณที่แม่นยำยิ่งขึ้นของการคำนวณที่ต้องการ
นอกจากนี้การคำนวณแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจรปิดยังมีข้อ จำกัด ด้วยวิธีนี้ ดังนั้นเมื่อใช้การรวมในสมาชิกทั้งสองของสมการจะได้รับว่า:
หน่วยวัด
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กวัดได้ในระบบหน่วยสากล (SI) ในเทสลาส หน่วยการวัดนี้แสดงด้วยตัวอักษร T และสอดคล้องกับชุดของหน่วยพื้นฐานต่อไปนี้
เทสลาหนึ่งตัวเทียบเท่ากับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่สม่ำเสมอซึ่งก่อให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็ก 1 เวเบอร์บนพื้นผิวหนึ่งตารางเมตร
ตาม Cegesimal System of Units (CGS) หน่วยวัดสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือเกาส์ ความสัมพันธ์ความเท่าเทียมกันระหว่างทั้งสองหน่วยเป็นดังนี้:
1 เทสลา = 10,000 เกาส์
หน่วยการวัดสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นชื่อของวิศวกรชาวเซอร์โบ - โครเอเชียนักฟิสิกส์และนักประดิษฐ์ Nikola Tesla ตั้งชื่อนี้ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1960
มันทำงานอย่างไร?
เรียกว่าการเหนี่ยวนำเนื่องจากไม่มีการเชื่อมต่อทางกายภาพระหว่างองค์ประกอบหลักและรอง ดังนั้นทุกอย่างเกิดขึ้นผ่านการเชื่อมต่อทางอ้อมและไม่มีตัวตน
ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ของเส้นแรงของสนามแม่เหล็กที่แปรผันกับอิเล็กตรอนอิสระขององค์ประกอบที่เป็นตัวนำใกล้เคียง
สำหรับสิ่งนี้วัตถุหรือสื่อที่เกิดการเหนี่ยวนำจะต้องถูกจัดวางในแนวตั้งฉากกับเส้นแรงของสนามแม่เหล็ก ด้วยวิธีนี้แรงที่กระทำต่ออิเล็กตรอนอิสระจะมีค่ามากกว่าและด้วยเหตุนี้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจึงแข็งแกร่งขึ้นมาก
ในทางกลับกันทิศทางของการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะถูกกำหนดโดยทิศทางที่กำหนดโดยเส้นแรงของสนามแม่เหล็กที่แปรผัน
ในทางกลับกันมีสามวิธีที่ฟลักซ์สนามแม่เหล็กสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อกระตุ้นให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าบนร่างกายหรือวัตถุใกล้เคียง:
1- ปรับเปลี่ยนโมดูลของสนามแม่เหล็กผ่านการเปลี่ยนแปลงความเข้มของการไหล
2- เปลี่ยนมุมระหว่างสนามแม่เหล็กและพื้นผิว
3- ปรับเปลี่ยนขนาดของพื้นผิวโดยธรรมชาติ
จากนั้นเมื่อสนามแม่เหล็กได้รับการแก้ไขแล้วแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำในวัตถุใกล้เคียงซึ่งขึ้นอยู่กับความต้านทานต่อการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้าที่มีอยู่ (อิมพีแดนซ์) จะทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ
ตามลำดับความคิดสัดส่วนของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำดังกล่าวจะมากกว่าหรือน้อยกว่ากระแสหลักทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าทางกายภาพของระบบ
ตัวอย่าง
หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพื้นฐานของการทำงานของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า
อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า (step-down หรือ step-up) จะได้รับจากจำนวนขดลวดที่ขดลวดของหม้อแปลงแต่ละตัวมี
ดังนั้นขึ้นอยู่กับจำนวนขดลวดแรงดันไฟฟ้าในตัวรองอาจสูงกว่า (step-up transformer) หรือต่ำกว่า (step-down transformer) ขึ้นอยู่กับการใช้งานภายในระบบไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกัน
ในทำนองเดียวกันกังหันผลิตไฟฟ้าในศูนย์ไฟฟ้าพลังน้ำก็ทำงานได้เช่นกันเนื่องจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
ในกรณีนี้ใบพัดของกังหันจะเคลื่อนแกนของการหมุนที่อยู่ระหว่างกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จากนั้นส่งผลให้มีการระดมโรเตอร์
ในทางกลับกันโรเตอร์ประกอบด้วยชุดของขดลวดที่เมื่อเคลื่อนที่จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่แปรผัน
หลังทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งเชื่อมต่อกับระบบที่ช่วยให้พลังงานที่สร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการขนส่งทางออนไลน์
จากสองตัวอย่างที่ระบุไว้ข้างต้นเป็นไปได้ที่จะตรวจสอบว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตเราอย่างไรในการใช้งานเบื้องต้นในชีวิตประจำวัน
อ้างอิง
- การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (sf) ดึงมาจาก: electronics-tutorials.ws
- การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (sf) สืบค้นจาก: nde-ed.org
- วันนี้ในประวัติศาสตร์ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374: ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สืบค้นจาก: mx.tuhistory.com
- Martín, T. , และ Serrano, A. (nd). การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก มหาวิทยาลัยโปลีเทคนิคแห่งมาดริด มาดริดสเปน กู้คืนจาก: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า. สืบค้นจาก: euston96.com
- Wikipedia, สารานุกรมเสรี (2018). Tesla (หน่วย) สืบค้นจาก: es.wikipedia.org