แม่เหล็กมีผลต่ออิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านสายไฟและสร้างกระแสไฟฟ้าอย่างไร

แม่เหล็กมีผลต่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสายไฟและสร้างกระแสไฟฟ้าอย่างไร?

แม่เหล็กสามารถส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสายไฟและสร้างกระแสไฟฟ้าผ่านกลไกหลายอย่าง โดยหลักๆ แล้วขึ้นอยู่กับกฎของฟาเรเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและการกระทำของแรงลอเรนซ์ ดังรายละเอียดต่อไปนี้:

1. กฎของฟาเรเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

• กฎของฟาเรเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าระบุว่าเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรป้อนปิด จะเกิดแรงดันไฟฟ้าอินดักเตอร์ (EMF) ในวงจร ซึ่งอาจทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลได้ โดยเฉพาะ:

• การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก: เมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่ใกล้กับสายไฟหรือเมื่อสายไฟเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรป้อนปิดจะเปลี่ยนแปลง

• แรงดันไฟฟ้าอินดักเตอร์: ตามกฎของฟาเรเดย์ การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าอินดักเตอร์ E ซึ่งคำนวณได้จากสูตร:

โดยที่ ΦB คือฟลักซ์แม่เหล็ก และ t คือเวลา

กระแส: แรงดันไฟฟ้าอินดักเตอร์ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในสายไฟ สร้างกระแส I หากสายไฟเป็นวงจรป้อนปิด กระแสจะไหลต่อเนื่อง

2. แรงลอเรนซ์

แรงลอเรนซ์อธิบายถึงแรงที่อนุภาคประจุไฟฟ้าประสบในสนามแม่เหล็ก เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในสายไฟ พวกมันจะประสบแรงลอเรนซ์หากมีสนามแม่เหล็กอยู่ โดยเฉพาะ:

สูตรแรงลอเรนซ์: แรงลอเรนซ์ F คำนวณได้จาก:

โดยที่ q คือประจุไฟฟ้า, E คือสนามไฟฟ้า, v คือความเร็วของประจุ, และ B คือสนามแม่เหล็ก

การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็ก**: เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก แรงลอเรนซ์ F=qv×B ทำให้อิเล็กตรอนเบี่ยงเบน การเบี่ยงเบนนี้เปลี่ยนทางเดินของอิเล็กตรอน ส่งผลต่อทิศทางและความแรงของกระแส

3. การใช้งานเฉพาะเจาะจง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

• หลักการ: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้กฎของฟาเรเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยหมุนแม่เหล็กหรือสายไฟเพื่อสร้างฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง ซึ่งทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าอินดักเตอร์และกระแสในสายไฟ

• การใช้งาน: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในสถานีผลิตไฟฟ้าใช้แม่เหล็กขนาดใหญ่ที่หมุนและวงจรป้อนเพื่อสร้างกระแสขนาดใหญ่

มอเตอร์

• หลักการ: มอเตอร์ใช้แรงลอเรนซ์ในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล เมื่อมีกระแสไหลผ่านสายไฟในสนามแม่เหล็ก สายไฟจะประสบแรงที่ทำให้มันหมุน

• การใช้งาน: มอเตอร์ถูกใช้ในอุปกรณ์กลต่างๆ เช่น เครื่องใช้ในบ้าน อุปกรณ์อุตสาหกรรม และยานพาหนะ

ทรานส์ฟอร์เมอร์

• หลักการ: ทรานส์ฟอร์เมอร์ใช้กฎของฟาเรเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในการโอนพลังงานระหว่างวงจรป้อนหลักและวงจรป้อนรองผ่านสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง ทำให้แรงดันและกระแสเปลี่ยนแปลง

• การใช้งาน: ทรานส์ฟอร์เมอร์ถูกใช้ในระบบการส่งและกระจายไฟฟ้าเพื่อเพิ่มหรือลดแรงดัน

4. ตัวอย่างทดลอง

การทดลองดิสก์ของฟาเรเดย์

การตั้ง: ดิสก์โลหะถูกติดตั้งบนแกนซึ่งเชื่อมต่อกับกาลแวนโนมิเตอร์ ดิสก์โลหะถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กที่แข็งแรง

กระบวนการ: เมื่อดิสก์โลหะหมุน ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านดิสก์จะเปลี่ยนแปลง ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าอินดักเตอร์ตามกฎของฟาเรเดย์ ซึ่งทำให้เกิดกระแสไหลผ่านแกนและกาลแวนโนมิเตอร์

การสังเกต: กาลแวนโนมิเตอร์แสดงกระแสที่ไหล แสดงให้เห็นว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงได้สร้างแรงดันไฟฟ้าอินดักเตอร์

สรุป

แม่เหล็กมีผลต่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสายไฟและสร้างกระแสไฟฟ้าผ่านกฎของฟาเรเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและการกระทำของแรงลอเรนซ์ สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าอินดักเตอร์ในสายไฟ ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่และสร้างกระแส แรงลอเรนซ์เบี่ยงเบนทางเดินของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก ส่งผลต่อทิศทางและความแรงของกระแส หลักการเหล่านี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ และทรานส์ฟอร์เมอร์