ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ່ສົນທະນາກ່ຽວກັບແຮງໄຟຟ້າກະຕຸ້ນ (EMF)
ແຮງກະຕຸ້ນໄຟຟ້າ (EMF) ເປັນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນວິຊາແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ ແລະ ມັກຈະເປັນຫົວຂໍ້ຫຼັກໃນບົດຮຽນຟີຊິກສາດ, ທັງໃນໂຮງຮຽນມັດທະຍົມຕອນປາຍ ແລະ ວິທະຍາໄລ. ການເຂົ້າໃຈແຮງກະຕຸ້ນໄຟຟ້າແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍເນື່ອງຈາກການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ, ໝໍ້ແປງໄຟຟ້າ ແລະ ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກອື່ນໆ. ໃນບົດຄວາມນີ້, ພວກເຮົາຈະປຶກສາຫາລືບັນຫາຕົວຢ່າງຫຼາຍຢ່າງ ແລະ ວິທີແກ້ໄຂຂອງພວກມັນກ່ຽວກັບແຮງກະຕຸ້ນໄຟຟ້າເພື່ອເຮັດໃຫ້ຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບແນວຄວາມຄິດນີ້ເລິກເຊິ່ງຂຶ້ນ.
ການແນະນຳກ່ຽວກັບ EMF ທີ່ກະຕຸ້ນ
ກ່ອນທີ່ພວກເຮົາຈະເຂົ້າໄປໃນບັນຫາຕົວຢ່າງ, ກ່ອນອື່ນໝົດໃຫ້ພວກເຮົາເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານຂອງແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ກະຕຸ້ນ. ແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ກະຕຸ້ນແມ່ນແຮງໄຟຟ້າທີ່ຜະລິດໂດຍການປ່ຽນແປງຂອງຟລັກແມ່ເຫຼັກໃນວົງຈອນ. ປະກົດການນີ້ຖືກຄົ້ນພົບຄັ້ງທຳອິດໂດຍ Michael Faraday, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງມີຊື່ວ່າກົດໝາຍຂອງ Faraday. ໃນທາງຄະນິດສາດ, ກົດໝາຍຂອງ Faraday ຖືກລະບຸດັ່ງນີ້:
\[ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi}{dt} \]
ຢູ່ໃສ:
- \(\mathcal{E}\) ແມ່ນ EMF ທີ່ກະຕຸ້ນ (ໂວນ)
- \(\Phi\) ແມ່ນກະແສແມ່ເຫຼັກ (Weber)
- \(d\Phi\) ແມ່ນການປ່ຽນແປງຂອງກະແສແມ່ເຫຼັກ
- \(dt\) ແມ່ນການປ່ຽນແປງຂອງເວລາ
ເຄື່ອງໝາຍລົບໃນສົມຜົນໄດ້ຖືກອະທິບາຍໂດຍກົດໝາຍຂອງ Lenz, ເຊິ່ງລະບຸວ່າທິດທາງຂອງ EMF ທີ່ຖືກກະຕຸ້ນແມ່ນສະເໝີທີ່ມັນຕໍ່ຕ້ານການປ່ຽນແປງຂອງກະແສແມ່ເຫຼັກທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດມັນ.
ຫຼັງຈາກເຂົ້າໃຈພື້ນຖານຂອງທິດສະດີນີ້ແລ້ວ, ໃຫ້ພວກເຮົາໄປເບິ່ງຕົວຢ່າງຄຳຖາມ ແລະ ການສົນທະນາຂອງພວກມັນ.
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 1
ຄຳຖາມ:
ຂົດລວດປະກອບດ້ວຍ 200 ຮອບ ແລະ ຖືກວາງໄວ້ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ເປັນເອກະພາບທີ່ມີຂະໜາດຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກເທົ່າກັບ ∑(B = 0,5) Tesla. ຖ້າພື້ນທີ່ຕັດຂວາງຂອງຂົດລວດແມ່ນ 0,1 ຕາແມັດ, ໃຫ້ຄິດໄລ່ EMF ທີ່ເກີດຈາກການກະທົບກະເທືອນ ຖ້າສະໜາມແມ່ເຫຼັກໃນຂົດລວດຖືກປ່ຽນຈາກ 0,5 T ເປັນ 0 ໃນເວລາ 0,02 ວິນາທີ.
ເປບບາຮາຊານ:
ກ່ອນອື່ນໝົດ, ພວກເຮົາຄິດໄລ່ການປ່ຽນແປງຂອງຟລັກຊ໌ແມ່ເຫຼັກ (\( \Delta \Phi \)):
\[
ΔGalta ΔPhi = N ΔGalta (B ΔA)
\]
ຢູ່ໃສ:
– \( N = 200 \) (ຈຳນວນຮອບ)
– \( B \) ປ່ຽນຈາກ 0,5 T ເປັນ 0 T (ສະນັ້ນ \( \Delta B = 0 – 0,5 = -0,5 \) T)
– \( A = 0,1 \) ຕາແມັດ
ດັ່ງນັ້ນ:
\[
ΔPhi = 200 Δ (-0,5 Δ 0,1) = 200 Δ (-0,05) = -10 Δ Weber
\]
ຕໍ່ໄປ, ພວກເຮົາຄິດໄລ່ EMF ທີ່ເກີດຂື້ນ (\( \mathcal{E} \)):
\[
\mathcal{E} = -\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}
\]
ບ່ອນທີ່ \( \Delta t = 0,02 \) ວິນາທີ, ສະນັ້ນ:
\[
\mathcal{E} = -\frac{-10}{0,02} = 500 ໂວນ
\]
ດັ່ງນັ້ນ, EMF ທີ່ເກີດຈາກການສັ່ນສະເທືອນທີ່ຜະລິດອອກມາແມ່ນ 500 ໂວນ.
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 2
ຄຳຖາມ:
ວົງແຫວນໂລຫະທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງ 10 ຊມ ຖືກວາງໄວ້ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ປ່ຽນແປງໃນອັດຕາ \(0,1 \) ເທສລາຕໍ່ວິນາທີ. ຈົ່ງຄິດໄລ່ແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ເກີດຈາກການກະທົບກະເທືອນໄຟຟ້າໃນວົງແຫວນ.
ເປບບາຮາຊານ:
ເພື່ອຄິດໄລ່ EMF ທີ່ເກີດຂື້ນ, ພວກເຮົາໃຊ້ກົດໝາຍຂອງ Faraday ແລະພວກເຮົາເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍການຄິດໄລ່ກະແສແມ່ເຫຼັກ:
\[
ΔGalta ΔPhi = ΔGalta B ΔA
\]
ບ່ອນທີ່ພື້ນທີ່ຕັດຂວາງຂອງວົງແຫວນ (\( A \)) ແມ່ນ:
\[
A = \pi r^2 = \pi \left(\frac{d}{2}\right)^2 = \pi \left(\frac{0,1}{2}\right)^2 = \frac{\pi}{400} \text{ m}^2
\]
ດ້ວຍອັດຕາການປ່ຽນແປງຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \(\Delta B = 0,1\) T/ວິນາທີ:
\[
\mathcal{E} = -N \frac{d \Phi}{dt} = -N \cdot \frac{\Delta B \cdot A}{\Delta t}
\]
ເນື່ອງຈາກການປ່ຽນແປງຂອງ \(\Delta t\) ແມ່ນຄົງທີ່ໃນອັດຕາ, \(N =1\) ແລະແທນຄ່າຕ່າງໆ:
\[
\mathcal{E} = – 1 \cdot \left( 0,1 \cdot \frac{\pi}{400} \right) = – \frac{\pi}{4000} \text{ ໂວນ}
\]
ດັ່ງນັ້ນ, EMF ທີ່ເກີດຈາກການກະທົບກະເທືອນທີ່ຜະລິດຢູ່ໃນວົງແຫວນແມ່ນ \(\frac{\pi}{4000} \text{ Volt} \approx 0,000785 \text{ Volt}\).
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 3
ຄຳຖາມ:
ຕົວນຳໄຟຟ້າຊື່ຍາວ 1 ແມັດ ເຄື່ອນທີ່ຕັ້ງສາກດ້ວຍຄວາມໄວ 5 ແມັດ/ວິນາທີ ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກສະໝໍ່າສະເໝີ 0,2 T. EMF ທີ່ຖືກກະຕຸ້ນໃນຕົວນຳໄຟຟ້າແມ່ນຫຍັງ?
ເປບບາຮາຊານ:
ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ EMF ທີ່ເກີດຂື້ນໃນຕົວນຳທີ່ເຄື່ອນທີ່, ພວກເຮົາໃຊ້ສູດ:
\[
\mathcal{E} = B \cdot l \cdot v
\]
ຢູ່ໃສ:
– \( B = 0,2 \) T
-\( l = 1\) ມ
–\(v = 5\) ແມັດ/ວິນາທີ
ແທນຄ່າເຫຼົ່ານີ້ເຂົ້າໃນສູດ:
\[
\mathcal{E} = 0,2 \ຄູນ 1 \ຄູນ 5 = 1 \text{ ໂວນ}
\]
ດັ່ງນັ້ນ, EMF ທີ່ເກີດຈາກຕົວນຳແມ່ນ 1 ໂວນ.
ສະຫຼຸບ
ການເຂົ້າໃຈແຮງກະຕຸ້ນໄຟຟ້າ (EMF) ແລະ ກົດເກນຂອງຟາຣາເດແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນຟີຊິກສ໌, ໂດຍສະເພາະໃນສະພາບການຂອງແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ. ຕົວຢ່າງຂ້າງເທິງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການນຳໃຊ້ແນວຄວາມຄິດນີ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ລວມທັງການປ່ຽນແປງຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ, ຕົວນຳທີ່ເຄື່ອນທີ່, ແລະ ການນຳໃຊ້ອື່ນໆ. ການເປັນແມ່ບົດໃນວິທີການຄິດໄລ່ສຳລັບການຕັ້ງຄ່າວົງຈອນຕ່າງໆ ແລະ ສະຖານະການສະໜາມແມ່ເຫຼັກຈະເຮັດໃຫ້ຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບແນວຄວາມຄິດນີ້ເລິກເຊິ່ງຂຶ້ນ ແລະ ເຮັດໃຫ້ມັນສາມາດນຳໃຊ້ໄດ້ກັບເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝຕ່າງໆ.
