ສະໜາມແມ່ເຫຼັກອ້ອມຮອບກະແສໄຟຟ້າ
ການນໍາສະເຫນີ
ສະໜາມແມ່ເຫຼັກແມ່ນປະກົດການທຳມະຊາດທີ່ເກີດຂຶ້ນອ້ອມຮອບກະແສໄຟຟ້າ. ເມື່ອກະແສໄຟຟ້າໄຫຼຜ່ານຕົວນຳ, ສະໜາມແມ່ເຫຼັກຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນອ້ອມຮອບມັນ. ປະກົດການນີ້ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນເປັນຄັ້ງທຳອິດໂດຍ Hans Christian Ørsted ໃນປີ 1820. Ørsted ໄດ້ຄົ້ນພົບວ່າເຂັມທິດໄດ້ຫັນໄປທາງເມື່ອວາງໄວ້ໃກ້ກັບສາຍໄຟທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າ, ເຊິ່ງຊີ້ບອກເຖິງການມີສະໜາມແມ່ເຫຼັກອ້ອມຮອບສາຍໄຟ. ການຄົ້ນພົບນີ້ໄດ້ປູທາງໃຫ້ແກ່ການພັດທະນາແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ເຊິ່ງເປັນພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝຫຼາຍ.
ທິດສະດີພື້ນຖານ
ສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ຜະລິດໂດຍກະແສໄຟຟ້າສາມາດອະທິບາຍໄດ້ໂດຍກົດໝາຍ Biot-Savart ແລະ ກົດໝາຍຂອງແອມແປຣ໌. ກົດໝາຍ Biot-Savart ລະບຸວ່າສະໜາມແມ່ເຫຼັກແມ່ນຜະລິດໂດຍອົງປະກອບຂະໜາດນ້ອຍຂອງກະແສໄຟຟ້າ. ໃນທາງຄະນິດສາດ, ກົດໝາຍນີ້ສະແດງອອກເປັນ:
\[ \mathbf{dB} = \frac{\mu_0}{4\pi} \frac{I \mathbf{dl} \times \mathbf{\hat{r}}}{r^2} \]
ຢູ່ໃສ:
- \(\mathbf{dB}\) ແມ່ນສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ຜະລິດໂດຍອົງປະກອບກະແສໄຟຟ້າ \(\mathbf{dl}\),
- \(\mu_0\) ແມ່ນຄວາມຊຶມຜ່ານຂອງສູນຍາກາດ,
- \(I\) ແມ່ນກະແສໄຟຟ້າ,
- \(\mathbf{\hat{r}}\) ແມ່ນເວັກເຕີຫົວໜ່ວຍທີ່ຊີ້ຈາກອົງປະກອບປະຈຸບັນໄປຫາຈຸດສັງເກດການ,
- \(r\) ແມ່ນໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງອົງປະກອບປະຈຸບັນ ແລະ ຈຸດສັງເກດການ.
ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ກົດໝາຍຂອງແອມແປຣ໌ ລະບຸວ່າສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ໝູນວຽນຢູ່ອ້ອມວົງຈອນປິດແມ່ນສັດສ່ວນກັບກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼຜ່ານວົງຈອນນັ້ນ. ໃນທາງຄະນິດສາດ, ກົດໝາຍນີ້ສະແດງອອກເປັນ:
\[ \oint \mathbf{B} \cdot d\mathbf{l} = \mu_0 I_{\text{encl}} \]
ຢູ່ໃສ:
- \(\mathbf{B}\) ແມ່ນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ,
– \(d\mathbf{l}\) ແມ່ນອົງປະກອບເສັ້ນທາງ,
- \(I_{\text{encl}}\) ແມ່ນກະແສໄຟຟ້າທີ່ຖືກປິດລ້ອມດ້ວຍເສັ້ນທາງປິດ.
ສະໜາມແມ່ເຫຼັກອ້ອມຮອບສາຍຊື່
ສຳລັບສາຍຊື່ທີ່ມີກະແສໄຟຟ້າ, ສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ໄດ້ຮັບສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍໃຊ້ກົດໝາຍ Biot-Savart. ໃນໄລຍະຫ່າງ \(r\) ຈາກສາຍ, ສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \(B\) ມີຂະໜາດເທົ່າກັບ:
\[ B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r} \]
ສະໜາມແມ່ເຫຼັກນີ້ແມ່ນຢູ່ໃນຮູບແບບຂອງວົງມົນທີ່ອ້ອມຮອບສາຍໄຟທີ່ມີທິດທາງທີ່ກຳນົດໂດຍກົດມືຂວາ: ຖ້ານິ້ວໂປ້ຂອງມືຂວາຊີ້ໄປໃນທິດທາງຂອງກະແສໄຟຟ້າ, ນິ້ວມືທີ່ວົງມົນຊີ້ບອກທິດທາງຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກ.
ສະໜາມແມ່ເຫຼັກອ້ອມຮອບ Solenoid
ໂຊເລນອຍ ເປັນຂົດລວດຍາວທີ່ມີຫຼາຍຮອບ. ເມື່ອກະແສໄຟຟ້າໄຫຼຜ່ານໂຊເລນອຍ, ຈະເກີດສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ແຂງແຮງ ແລະ ເປັນເອກະພາບພາຍໃນໂຊເລນອຍ. ສະໜາມແມ່ເຫຼັກນອກໂຊເລນອຍແມ່ນອ່ອນຫຼາຍ ແລະ ຖືວ່າບໍ່ສຳຄັນ. ຂະໜາດຂອງສະໜາມແມ່ເຫຼັກພາຍໃນໂຊເລນອຍທີ່ເໝາະສົມສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍໃຊ້:
\[ B = \mu_0 n I \]
ຢູ່ໃສ:
- \(n\) ແມ່ນຈຳນວນຮອບຕໍ່ໜ່ວຍຄວາມຍາວຂອງໂຊເລນອຍ,
- \(I\) ແມ່ນກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼຜ່ານໂຊລີໂນອີນ.
ການນຳໃຊ້ສະໜາມແມ່ເຫຼັກຈາກກະແສໄຟຟ້າ
1. ມໍເຕີໄຟຟ້າ ແລະ ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ
ມໍເຕີໄຟຟ້າເຮັດວຽກໂດຍອີງໃສ່ຫຼັກການທີ່ວ່າກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼຜ່ານສະໜາມແມ່ເຫຼັກຈະສ້າງແຮງ. ໃນທາງກັບກັນ, ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າເຮັດວຽກໂດຍການຊັກຊວນກະແສໄຟຟ້າເມື່ອຕົວນຳໄຟຟ້າເຄື່ອນທີ່ຜ່ານສະໜາມແມ່ເຫຼັກ. ອຸປະກອນທັງສອງໃຊ້ສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ເກີດຈາກກະແສໄຟຟ້າເພື່ອປ່ຽນພະລັງງານໄຟຟ້າເປັນພະລັງງານກົນຈັກ, ຫຼືໃນທາງກັບກັນ.
2. Transformator
ໝໍ້ແປງໄຟຟ້າໃຊ້ເພື່ອເພີ່ມ ຫຼື ຫຼຸດແຮງດັນໃນລະບົບການແຈກຈ່າຍໄຟຟ້າ. ໝໍ້ແປງໄຟຟ້າເຮັດວຽກຕາມຫຼັກການຂອງການຊັກນຳໄຟຟ້າແມ່ເຫຼັກ, ເຊິ່ງສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ປ່ຽນແປງທີ່ເກີດຈາກກະແສໄຟຟ້າໃນຂົດລວດປະຖົມຈະກະຕຸ້ນກະແສໄຟຟ້າໃນຂົດລວດທຸຕິຍະພູມ.
3. ການຊັກນຳໄຟຟ້າ
ປະກົດການຂອງການກະຕຸ້ນແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າໄດ້ຖືກຄົ້ນພົບໂດຍ Michael Faraday, ຜູ້ທີ່ກ່າວວ່າສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ປ່ຽນແປງສາມາດກະຕຸ້ນກະແສໄຟຟ້າໃນຕົວນຳໄຟຟ້າໄດ້. ຫຼັກການນີ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນການນໍາໃຊ້ຕ່າງໆເຊັ່ນ: ເຄື່ອງກວດຈັບໂລຫະ, ໄມໂຄຣໂຟນ, ແລະເຊັນເຊີຕ່າງໆ.
ການຄົ້ນຄວ້າ ແລະ ພັດທະນາຂັ້ນສູງ
ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບສະໜາມແມ່ເຫຼັກ ແລະ ກະແສໄຟຟ້າຍັງສືບຕໍ່ພັດທະນາໄປພ້ອມກັບຄວາມກ້າວໜ້າທາງດ້ານເຕັກໂນໂລຊີ. ບາງຂົງເຂດການຄົ້ນຄວ້າທີ່ໜ້າສົນໃຈລວມມີ:
1. ຕົວນຳໄຟຟ້າຊຸບເປີຄອນດັກເຕີ
ຕົວນຳໄຟຟ້າແມ່ນວັດສະດຸທີ່ສາມາດນຳໄຟຟ້າໄດ້ໂດຍບໍ່ມີຄວາມຕ້ານທານໃນອຸນຫະພູມຕໍ່າຫຼາຍ. ສະໜາມແມ່ເຫຼັກອ້ອມຮອບຕົວນຳໄຟຟ້າສະແດງໃຫ້ເຫັນຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກ, ເຊັ່ນຜົນກະທົບຂອງ Meissner, ເຊິ່ງສະໜາມແມ່ເຫຼັກຖືກກຳຈັດອອກຈາກວັດສະດຸຕົວນຳໄຟຟ້າ. ການຄົ້ນຄວ້າໃນຂົງເຂດນີ້ມີຈຸດປະສົງເພື່ອພັດທະນາຕົວນຳໄຟຟ້າທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງທີ່ສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ໃນອຸນຫະພູມທີ່ເໝາະສົມກວ່າ.
2. ນ້ຳຢາແມ່ເຫຼັກໂຕຣຮີໂອໂລຈີ ແລະ ນ້ຳຢາໄຟຟ້າ
ນ້ຳຢາແມ່ເຫຼັກທໍເຮໂລຢີ (MR) ແລະ ເອເລັກໂຕຣຣເຮໂລຢີ (ER) ແມ່ນນ້ຳຢາທີ່ຄວາມໜືດສາມາດປ່ຽນແປງໄດ້ໂດຍການໃຊ້ສະໜາມແມ່ເຫຼັກ ຫຼື ສະໜາມໄຟຟ້າ. ນ້ຳຢາເຫຼົ່ານີ້ຖືກນຳໃຊ້ໃນການນຳໃຊ້ຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການຫຼຸດຄວາມສັ່ນສະເທືອນ ແລະ ການຈັບຄູ່ອັດສະລິຍະ. ການຄົ້ນຄວ້າຍັງດຳເນີນຢູ່ເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບ ແລະ ຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງນ້ຳຢາເຫຼົ່ານີ້.
3. ວັດສະດຸແມ່ເຫຼັກ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີນາໂນ
ວັດສະດຸແມ່ເຫຼັກມີແມ່ເຫຼັກແຮງ ແລະ ຖືກນຳໃຊ້ໃນອຸປະກອນຕ່າງໆເຊັ່ນ: ໜ່ວຍຄວາມຈຳແມ່ເຫຼັກ ແລະ ເຊັນເຊີ. ດ້ວຍຄວາມກ້າວໜ້າທາງດ້ານເທັກໂນໂລຢີນາໂນ, ວັດສະດຸແມ່ເຫຼັກສາມາດວິສະວະກຳໃນລະດັບນາໂນແມັດເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງມັນໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ.
ສະຫຼຸບ
ສະໜາມແມ່ເຫຼັກອ້ອມຮອບກະແສໄຟຟ້າແມ່ນປະກົດການພື້ນຖານໃນຟີຊິກສ໌ທີ່ມີການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຫຼາຍຢ່າງໃນຊີວິດປະຈຳວັນ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີທີ່ທັນສະໄໝ. ການເຂົ້າໃຈສະໜາມແມ່ເຫຼັກເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາສາມາດພັດທະນາອຸປະກອນຕ່າງໆເຊັ່ນ: ມໍເຕີໄຟຟ້າ, ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ ແລະ ໝໍ້ແປງໄຟຟ້າ ເຊິ່ງມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນລະບົບຈຳໜ່າຍໄຟຟ້າ ແລະ ເອເລັກໂຕຣນິກ. ການຄົ້ນຄວ້າໃນຂົງເຂດນີ້ຍັງສືບຕໍ່ກ້າວໜ້າ, ເປີດໂອກາດໃໝ່ໆໃນເຕັກໂນໂລຊີການນຳໄຟຟ້າຊຸບເປີຄອນດັກຕິ້ງ, ນ້ຳອັດສະລິຍະ ແລະ ວັດສະດຸແມ່ເຫຼັກເຟໂຣແມກເນຕິກ. ດ້ວຍຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ເລິກເຊິ່ງກວ່າກ່ຽວກັບສະໜາມແມ່ເຫຼັກ ແລະ ກະແສໄຟຟ້າ, ພວກເຮົາສາມາດສືບຕໍ່ພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີທີ່ມີປະສິດທິພາບ ແລະ ມີນະວັດຕະກຳຫຼາຍຂຶ້ນສຳລັບອະນາຄົດ.
