ແຮງແມ່ເຫຼັກໃສ່ສາຍທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າ
ການນຳໃຊ້ແຮງແມ່ເຫຼັກໃສ່ສາຍໄຟທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າແມ່ນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນວິຊາແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ເຊິ່ງເປັນສາຂາໜຶ່ງຂອງຟີຊິກສາດ. ປະກົດການນີ້ໄດ້ຖືກຄົ້ນພົບຄັ້ງທຳອິດໂດຍ Hans Christian Ørsted ໃນປີ 1820 ເມື່ອລາວສັງເກດເຫັນວ່າກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼຜ່ານສາຍໄຟມີຜົນກະທົບຕໍ່ເຂັມທິດທີ່ຢູ່ໃກ້ຄຽງ. ການຄົ້ນພົບນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມສຳພັນທີ່ໃກ້ຊິດລະຫວ່າງໄຟຟ້າ ແລະ ແມ່ເຫຼັກ, ເຊິ່ງຕໍ່ມາຈະຖືກພັດທະນາຕື່ມອີກໂດຍນັກວິທະຍາສາດເຊັ່ນ André-Marie Ampère ແລະ Michael Faraday.
ໃນບົດຄວາມນີ້, ພວກເຮົາຈະປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບຫຼັກການພື້ນຖານຂອງແຮງແມ່ເຫຼັກໃນສາຍໄຟທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າ, ວິທີການເຮັດວຽກຂອງແຮງນີ້, ກົດໝາຍພື້ນຖານຂອງຟີຊິກ, ແລະ ການນຳໃຊ້ຕົວຈິງບາງຢ່າງທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າແນວຄວາມຄິດນີ້ມີອິດທິພົນຕໍ່ຊີວິດປະຈຳວັນແນວໃດ.
ຫຼັກການພື້ນຖານຂອງແຮງແມ່ເຫຼັກ
ເມື່ອກະແສໄຟຟ້າໄຫຼຜ່ານສາຍ, ສະໜາມແມ່ເຫຼັກຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນອ້ອມຮອບສາຍ. ສິ່ງນີ້ສາມາດອະທິບາຍໄດ້ໂດຍໃຊ້ກົດໝາຍ Biot-Savart ເຊິ່ງລະບຸວ່າສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \(\mathbf{B}\) ຢູ່ຈຸດໜຶ່ງໃນອະວະກາດທີ່ເກີດຈາກອົງປະກອບກະແສໄຟຟ້າ \(I\) ໃນສາຍສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍສົມຜົນຕໍ່ໄປນີ້:
\[ d\mathbf{B} = \frac{\mu_0 I}{4\pi} \frac{d\mathbf{s} \times \mathbf{\hat{r}}}{r^2} \]
ຢູ່ໃສ:
- \(\mu_0\) ແມ່ນຄວາມຊຶມຜ່ານຂອງສູນຍາກາດ,
- \(d\mathbf{s}\) ແມ່ນອົງປະກອບຄວາມຍາວຂອງສາຍ,
- \(\mathbf{\hat{r}}\) ແມ່ນເວັກເຕີຫົວໜ່ວຍທີ່ຊີ້ຈາກອົງປະກອບປະຈຸບັນໄປຫາຈຸດທີ່ພາກສະໜາມຖືກຄິດໄລ່,
-\(r\) ແມ່ນໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງອົງປະກອບປະຈຸບັນ ແລະ ຈຸດ.
ສົມຜົນນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ຜະລິດໂດຍສາຍທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າບໍ່ພຽງແຕ່ຂຶ້ນກັບກະແສໄຟຟ້າເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງຂຶ້ນກັບໄລຍະທາງ ແລະ ທິດທາງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບອົງປະກອບທີ່ມີກະແສໄຟຟ້ານຳອີກ. ສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ໄດ້ຮັບແມ່ນວົງມົນທີ່ມີຈຸດສູນກາງອ້ອມຮອບສາຍ, ແລະ ທິດທາງຂອງມັນສາມາດກຳນົດໄດ້ໂດຍໃຊ້ກົດມືຂວາ.
ແຮງແມ່ເຫຼັກໃສ່ສາຍທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າ
ແຮງແມ່ເຫຼັກທີ່ກະທຳຕໍ່ສາຍທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າຢູ່ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກພາຍນອກສາມາດອະທິບາຍໄດ້ໂດຍກົດໝາຍຂອງແອມແປຣ໌ ເຊິ່ງລະບຸວ່າແຮງ \(\mathbf{F}\) ໃສ່ອົງປະກອບສາຍທີ່ມີຄວາມຍາວ \(dl\) ທີ່ບັນທຸກກະແສໄຟຟ້າ \(I\) ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \(\mathbf{B}\) ແມ່ນໄດ້ມາຈາກ:
\[d\mathbf{F} = I (d\mathbf{l} \times \mathbf{B}) \]
ກົດໝາຍສະບັບນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າແຮງທີ່ສົ່ງຕໍ່ໃສ່ສາຍໄຟບໍ່ພຽງແຕ່ຂຶ້ນກັບກະແສໄຟຟ້າ ແລະ ຄວາມຍາວຂອງອົງປະກອບສາຍໄຟເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງຂຶ້ນກັບທິດທາງຂອງອົງປະກອບສາຍໄຟທຽບກັບສະໜາມແມ່ເຫຼັກ. ຖ້າສະໜາມແມ່ເຫຼັກ ແລະ ທິດທາງຂອງກະແສໄຟຟ້າຂອງສາຍໄຟປະກອບເປັນມຸມທີ່ແນ່ນອນ, ແຮງທີ່ໄດ້ຮັບຈະຢູ່ໃນທິດທາງທີ່ຕັ້ງສາກກັບເວັກເຕີທັງສອງ.
ການລວມແຮງນີ້ເຂົ້າກັນຕາມຄວາມຍາວທັງໝົດຂອງສາຍໄຟຈະໃຫ້ແຮງທັງໝົດທີ່ກະທຳຕໍ່ສາຍໄຟໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ. ບາງການນຳໃຊ້ທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນແນວຄວາມຄິດນີ້ລວມມີມໍເຕີໄຟຟ້າ, ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ ແລະ ໂຊເລນອຍ.
ກົດໝາຍຂອງແອມແປຣ໌ ແລະ ກຳລັງລໍເຣນຊ໌
ແອມແປຣ໌ ໄດ້ພັດທະນາກົດໝາຍຂ້າງເທິງນີ້ໄປສູ່ກົດໝາຍທົ່ວໄປທີ່ຮູ້ຈັກກັນໃນນາມ ກົດໝາຍຂອງແອມແປຣ໌ ໃນຮູບແບບປະສົມປະສານ ເຊິ່ງລະບຸວ່າ ອິນທິກຣອນຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \(\mathbf{B}\) ຕາມເສັ້ນທາງປິດ \(\mathbf{C}\) ແມ່ນສັດສ່ວນກັບກະແສໄຟຟ້າທັງໝົດທີ່ໄຫຼຜ່ານໜ້າດິນນັ້ນ:
\[ \oint_{\mathbf{C}} \mathbf{B} \cdot d\mathbf{l} = \mu_0 I_{\text{enc}} \]
ເກືອບພ້ອມໆກັນກັບສູດນີ້, Lorentz ໄດ້ປະກອບສ່ວນກົດໝາຍທີ່ອະທິບາຍເຖິງແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ເຄື່ອນທີ່ໃນສະໜາມໄຟຟ້າ \(\mathbf{E}\) ແລະສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \(\mathbf{B}\). ແຮງ Lorentz ສຳລັບປະຈຸໄຟຟ້າ \(q\) ທີ່ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວ \(\mathbf{v}\) ແມ່ນ:
\[ \mathbf{F} = q(\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B}) \]
ໃນກໍລະນີຂອງສາຍໄຟທີ່ມີກະແສໄຟຟ້ານຳ, ຄວາມໄວ \(\mathbf{v}\) ຂອງປະຈຸໄຟຟ້າໃນສາຍໄຟແມ່ນຍ້ອນກະແສໄຟຟ້າ, ສະນັ້ນແຮງ Lorentz ນີ້ຈຶ່ງປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນແຮງແມ່ເຫຼັກທີ່ພວກເຮົາເຫັນວ່າກະທຳຕໍ່ສາຍໄຟ.
ການນຳໃຊ້ຕົວຈິງ
ມໍເຕີໄຟຟ້າ
ໜຶ່ງໃນການນຳໃຊ້ແຮງແມ່ເຫຼັກທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີທີ່ສຸດໃນສາຍໄຟທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າແມ່ນມໍເຕີໄຟຟ້າ. ມໍເຕີໄຟຟ້າເຮັດວຽກໂດຍອີງໃສ່ຫຼັກການທີ່ວ່າສາຍໄຟທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກປະສົບກັບແຮງທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດການເຄື່ອນໄຫວ. ຕົວຢ່າງ, ໃນມໍເຕີ DC ງ່າຍໆ, ຕົວສະຫຼັບໄຟຟ້າຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຮັບປະກັນວ່າກະແສໄຟຟ້າໄຫຼຜ່ານສ່ວນຕ່າງໆຂອງສາຍໄຟທີ່ຕັ້ງຢູ່ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ໂຣເຕີໝຸນຢູ່.
ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ
ເກືອບກົງກັນຂ້າມກັບມໍເຕີໄຟຟ້າ, ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າໃຊ້ການເຄື່ອນໄຫວທາງກົນຈັກເພື່ອຜະລິດກະແສໄຟຟ້າໃນສາຍໄຟທີ່ວາງໄວ້ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ. ເວົ້າອີກຢ່າງໜຶ່ງ, ເມື່ອສາຍໄຟໝູນໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ, ສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ປ່ຽນແປງຜ່ານມັນຈະເຮັດໃຫ້ແຮງດັນໄຟຟ້າຖືກກະຕຸ້ນໃນສາຍໄຟຕາມກົດໝາຍຂອງຟາຣາເດກ່ຽວກັບການຊັກນຳແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ.
ໂຊເລນອຍ ແລະ ແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ
ໂຊເລນອຍ ແມ່ນອຸປະກອນທີ່ປະກອບດ້ວຍຂົດລວດທີ່ຜະລິດສະໜາມແມ່ເຫຼັກເມື່ອກະແສໄຟຟ້າຜ່ານມັນ. ໂຊເລນອຍ ມັກຖືກໃຊ້ເປັນຕົວກະຕຸ້ນໃນການນຳໃຊ້ກົນຈັກ ແລະ ເອເລັກໂຕຣນິກຕ່າງໆ. ສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ເກີດຈາກໂຊເລນອຍ ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ໂດຍການປ່ຽນແປງປະລິມານຂອງກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼຜ່ານລວດ.
Penutup
ແຮງແມ່ເຫຼັກໃນສາຍໄຟທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າເປັນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນວິທະຍາສາດແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າທີ່ມີການນຳໃຊ້ຫຼາຍຢ່າງໃນເຕັກໂນໂລຊີທີ່ທັນສະໄໝ. ຕັ້ງແຕ່ມໍເຕີໄຟຟ້າຈົນເຖິງເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ ແລະ ໂຊເລນອຍ, ອຸປະກອນ ແລະ ເຄື່ອງຈັກປະຈຳວັນຫຼາຍຢ່າງຂອງພວກເຮົາແມ່ນອາໄສຫຼັກການນີ້. ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ເລິກເຊິ່ງກວ່າກ່ຽວກັບກົດໝາຍທີ່ຢູ່ເບື້ອງຫຼັງແຮງແມ່ເຫຼັກນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ເຮັດໃຫ້ຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບວິທີການເຮັດວຽກຂອງຈັກກະວານກວ້າງຂວາງເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງເປີດເຜີຍທ່າແຮງສຳລັບນະວັດຕະກຳເຕັກໂນໂລຊີໃນອະນາຄົດອີກດ້ວຍ.
ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບແຮງແມ່ເຫຼັກນີ້ໄດ້ພັດທະນາຈາກການທົດລອງງ່າຍໆໄປສູ່ການນຳໃຊ້ທີ່ສັບສົນໃນເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝ, ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມສຳຄັນຂອງການຄົ້ນພົບເຫຼົ່ານີ້ຕໍ່ຄວາມກ້າວໜ້າຂອງວິທະຍາສາດ ແລະ ວິສະວະກຳ. ໃນຂະນະທີ່ພວກເຮົາສືບຕໍ່ຄົ້ນຄວ້າເລິກເຊິ່ງກວ່າເກົ່າ, ພວກເຮົາສາມາດຄາດຫວັງວ່າຈະຄົ້ນພົບວິທີການທີ່ມີນະວັດຕະກຳຫຼາຍຂຶ້ນເພື່ອນຳໃຊ້ແຮງເຫຼົ່ານີ້ເພື່ອຄວາມດີຂຶ້ນຂອງມະນຸດຊາດ.
