ຕົວຢ່າງຂອງຄຳຖາມສົນທະນາກ່ຽວກັບຂະໜາດຂອງ EMF ທີ່ຖືກກະຕຸ້ນ
Pendahuluan
ແຮງກະຕຸ້ນໄຟຟ້າ (EMF) ແມ່ນປະກົດການທາງກາຍະພາບທີ່ຄົ້ນພົບໂດຍ Michael Faraday ໃນປີ 1831. Faraday ໄດ້ຄົ້ນພົບວ່າສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ປ່ຽນແປງໃນວົງ ຫຼື ຂົດລວດຂອງຕົວນຳສາມາດກະຕຸ້ນກະແສໄຟຟ້າໄດ້. ປະກົດການນີ້ເອີ້ນວ່າແຮງກະຕຸ້ນໄຟຟ້າແມ່ເຫຼັກ ແລະ ເປັນພື້ນຖານສຳລັບເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝຫຼາຍຢ່າງ ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ, ໝໍ້ແປງໄຟຟ້າ ແລະ ມໍເຕີໄຟຟ້າ. ບົດຄວາມນີ້ຈະອະທິບາຍບັນຫາຕົວຢ່າງຫຼາຍຢ່າງ ແລະ ສົນທະນາກ່ຽວກັບຂະໜາດຂອງ EMF ທີ່ຖືກກະຕຸ້ນ ເຊິ່ງຈະເປັນປະໂຫຍດຫຼາຍໂດຍສະເພາະສຳລັບນັກຮຽນທີ່ສຶກສາຟີຊິກຂອງໄຟຟ້າ ແລະ ແມ່ເຫຼັກ.
ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານຂອງ EMF ທີ່ຖືກກະຕຸ້ນ
ກ່ອນທີ່ພວກເຮົາຈະເຂົ້າໄປໃນບັນຫາຕົວຢ່າງ, ມັນເປັນຄວາມຄິດທີ່ດີທີ່ຈະທົບທວນຄືນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານຂອງແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ກະຕຸ້ນ. ກົດໝາຍຂອງຟາຣາເດລະບຸວ່າແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ກະຕຸ້ນໃນວົງການນຳໄຟຟ້າແມ່ນສັດສ່ວນໂດຍກົງກັບອັດຕາການປ່ຽນແປງຂອງຟລັກຊ໌ແມ່ເຫຼັກຜ່ານວົງ. ໃນທາງຄະນິດສາດ, ກົດໝາຍຂອງຟາຣາເດສາມາດສ້າງໄດ້ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:
\[ \mathcal{E} = – \frac{d\Phi}{dt} \]
ຢູ່ໃສ:
- \( \mathcal{E} \) ແມ່ນ EMF ທີ່ກະຕຸ້ນ (ໂວນ)
- \( \Phi \) ແມ່ນກະແສແມ່ເຫຼັກ (Weber, Wb)
-\(t\) ແມ່ນເວລາ (ວິນາທີ, s)
ເຄື່ອງໝາຍລົບໃນສົມຜົນສະທ້ອນເຖິງກົດໝາຍຂອງ Lenz ເຊິ່ງລະບຸວ່າທິດທາງຂອງກະແສໄຟຟ້າທີ່ຊັກນຳຈະສ້າງສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ຕໍ່ຕ້ານການປ່ຽນແປງຂອງຟລັກຊ໌ແມ່ເຫຼັກທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດມັນ.
Contoh Soal ແລະ Pembahasan
ຄຳຖາມທີ 1: ຂົດລວດດ່ຽວ
ຄຳຖາມ: ຂົດລວດດຽວທີ່ມີພື້ນທີ່ຜິວ 0.02 ຕາແມັດຖືກວາງໄວ້ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ມີຂະໜາດ 0.5 T ຕັ້ງສາກກັບພື້ນຜິວຂອງຂົດລວດ. ສະໜາມແມ່ເຫຼັກຈະສູນຢ່າງກະທັນຫັນພາຍໃນ 0.1 ວິນາທີ. ຈົ່ງຄິດໄລ່ຂະໜາດຂອງ EMF ທີ່ເກີດຈາກການກະທົບກະເທືອນທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນຂົດລວດ.
ເປບບາຮາຊານ:
ມັນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
- ພື້ນທີ່ຜິວຂອງຂົດລວດ \( A = 0.02 \, \text{m}^2 \)
- ຂະໜາດຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \( B = 0.5 \, \text{T} \)
- ເວລາປ່ຽນແປງພາກສະໜາມ \( \Delta t = 0.1 \, \text{s} \)
ການປ່ຽນແປງຂອງຟລັກຊ໌ແມ່ເຫຼັກ:
\[ \Delta \Phi = B \ຄູນ A \]
\[ \Delta \Phi = 0.5 \, \text{T} \ຄູນ 0.02 \, \text{m}^2 \]
\[ \Delta \Phi = 0.01 \, \text{Wb} \]
ຂະໜາດຂອງ EMF ທີ່ຖືກກະຕຸ້ນ:
\[ \mathcal{E} = – \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} \]
\[ \mathcal{E} = – \frac{0.01 \, \text{Wb}}{0.1 \, \text{s}} \]
\[ \mathcal{E} = -0.1 \, \text{V} \]
ເນື່ອງຈາກວ່າສິ່ງທີ່ຖືກຖາມແມ່ນຂະໜາດຂອງ EMF (ໂດຍບໍ່ໄດ້ເອົາໃຈໃສ່ກັບເຄື່ອງໝາຍ):
\[ |\mathcal{E}| = 0.1 \, \text{V} \]
ຄຳຖາມທີ 2: ຂົດລວດທີ່ມີ N ຮອບ
ຄຳຖາມ: ຂົດລວດປະກອບດ້ວຍ 100 ຮອບ ແລະ ພື້ນທີ່ຜິວຂອງມັນແມ່ນ 0.03 ຕາແມັດ. ຂົດລວດນີ້ຢູ່ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກສະໝໍ່າສະເໝີ 0.4 T ຕັ້ງສາກກັບຂົດລວດ. ຖ້າສະໜາມແມ່ເຫຼັກເພີ່ມຂຶ້ນເປັນ 1.2 T ໃນ 0.4 ວິນາທີ, ໃຫ້ຄິດໄລ່ແຮງດັນໄຟຟ້າສະເລ່ຽທີ່ກະຕຸ້ນໂດຍສະເລ່ຍທີ່ຜະລິດຢູ່ໃນຂົດລວດ.
ເປບບາຮາຊານ:
ມັນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
- ຈຳນວນຮອບ \( N = 100 \)
- ພື້ນທີ່ຜິວຂອງຂົດລວດ \( A = 0.03 \, \text{m}^2 \)
– ການປ່ຽນແປງຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ (\Delta B = 1.2 \, \text{T} – 0.4 \, \text{T} \)
- ເວລາປ່ຽນແປງພາກສະໜາມ \( \Delta t = 0.4 \, \text{s} \)
ການປ່ຽນແປງຂອງຟລັກຊ໌ແມ່ເຫຼັກຕໍ່ຮອບ:
\[ \Delta \Phi = A \ຄູນ \Delta B \]
\[ \Delta \Phi = 0.03 \, \text{m}^2 \times (1.2 \, \text{T} – 0.4 \, \text{T}) \]
\[ \Delta \Phi = 0.03 \, \text{m}^2 \ຄູນ 0.8 \, \text{T} \]
\[ \Delta \Phi = 0.024 \, \text{Wb} \]
ການປ່ຽນແປງກະແສທັງໝົດສຳລັບ N ຮອບ:
\[ \Delta \Phi_{\text{ທັງໝົດ}} = N \ຄູນ \Delta \Phi \]
\[ \Delta \Phi_{\text{ທັງໝົດ}} = 100 \ຄູນ 0.024 \, \text{Wb} \]
\[ \Delta \Phi_{\text{ທັງໝົດ}} = 2.4 \, \text{Wb} \]
ຂະໜາດຂອງ EMF ທີ່ຖືກກະຕຸ້ນ:
\[ \mathcal{E} = – \frac{\Delta \Phi_{\text{total}}}{\Delta t} \]
\[ \mathcal{E} = – \frac{2.4 \, \text{Wb}}{0.4 \, \text{s}} \]
\[ \mathcal{E} = -6 \, \text{V} \]
ເນື່ອງຈາກວ່າສິ່ງທີ່ຖືກຖາມແມ່ນຂະໜາດຂອງ EMF (ໂດຍບໍ່ໄດ້ເອົາໃຈໃສ່ກັບເຄື່ອງໝາຍ):
\[ |\mathcal{E}| = 6 \, \text{V} \]
ຄຳຖາມທີ 3: ຂົດລວດເຄື່ອນທີ່ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ
ຄຳຖາມ: ຂົດລວດຮູບສີ່ແຈສາກທີ່ມີ 50 ຮອບ, ຍາວ 4 ຊມ, ແລະ ກວ້າງ 2 ຊມ, ຖືກວາງໄວ້ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ມີແຮງດັນ 0.3 T ຂະໜານກັບຄວາມຍາວຂອງຂົດລວດ. ຖ້າຂົດລວດເຄື່ອນອອກຈາກສະໜາມແມ່ເຫຼັກດ້ວຍຄວາມໄວຄົງທີ່ 5 ຊມ/ວິນາທີ, EMF ທີ່ກະຕຸ້ນໃນຂົດລວດແມ່ນຫຍັງ?
ເປບບາຮາຊານ:
ມັນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກ:
- ຈຳນວນຮອບ \( N = 50 \)
- ຄວາມຍາວ \( l = 0.04 \, {\text{m}} \)
- ຄວາມກວ້າງ \( w = 0.02 \, \text{m} \)
- ຂະໜາດຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \( B = 0.3 \, \text{T} \)
- ຄວາມໄວອອກຈາກສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \( v = 0.05 \, \text{m/s} \)
ແຮງໄຟຟ້າເຄື່ອນທີ່ຂອງຂົດລວດທີ່ເຄື່ອນທີ່ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກແມ່ນໄດ້ມາຈາກ:
\[ \mathcal{E} = B lv \]
ເນື່ອງຈາກຂົດລວດມີ N ຮອບ, EMF ທີ່ຖືກກະຕຸ້ນທັງໝົດແມ່ນ:
\[ \mathcal{E}_{\text{total}} = NB lv \]
\[ \mathcal{E}_{\text{total}} = 50 \ຄູນ 0.3 \, \text{T} \ຄູນ 0.04 \, \text{m} \ຄູນ 0.05 \, \text{m/s} \]
\[ \mathcal{E}_{\text{total}} = 50 \ຄູນ 0.0006 \, \text{V} \]
\[ \mathcal{E}_{\text{total}} = 0.03 \, \text{V} \]
ສະຫຼຸບ
ການສົນທະນາກ່ຽວກັບບັນຫາຕົວຢ່າງຂ້າງເທິງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ກະຕຸ້ນສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ແນວໃດຈາກການປ່ຽນແປງຂອງຟລັກຊ໌ແມ່ເຫຼັກ ຫຼື ຈາກການເຄື່ອນທີ່ຂອງຂົດລວດໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ. ແນວຄວາມຄິດນີ້ແມ່ນພື້ນຖານຂອງແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ ແລະ ມີການນຳໃຊ້ຫຼາຍຢ່າງໃນເຕັກໂນໂລຢີ. ການເຂົ້າໃຈວິທີການຄິດໄລ່ແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ກະຕຸ້ນຢ່າງຖືກຕ້ອງຜ່ານບັນຫາຕົວຈິງຈະຊ່ວຍນັກຮຽນໃນການຮຽນຮູ້ເອກະສານນີ້ ແລະ ນຳໃຊ້ມັນໃນຂົງເຂດຕ່າງໆ.
