สูตรกฎของแอมแปร์สำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในหม้อแปลง

ตัวอย่างคำถามและสูตรสำหรับกฎของแอมแปร์เกี่ยวกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในหม้อแปลง

กฎของแอมแปร์

1. ตามทฤษฎีของ เอช.ซี. เออสเต็ด กระแสไฟฟ้าก่อให้เกิดสนามแม่เหล็ก จากการพัฒนาทฤษฎีนี้ ขดลวดที่นำโดยกระแสไฟฟ้าก็ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กเช่นกัน ขดลวดที่เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแล้วก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กที่คล้ายกับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากแท่งแม่เหล็กนั้นคือ...

ทอรอยด์
บี. โซลินอยด์
ค. ลวดขด
ง. ขดลวดสี่เหลี่ยมผืนผ้า

การอภิปราย

แม่เหล็กแท่งมีสองขั้ว คือ ขั้วเหนือและขั้วใต้ สนามแม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กแท่งแสดงได้ด้วยเส้นแรงแม่เหล็ก ซึ่งลากจากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้
สนามแม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กแท่งนั้นคล้ายกับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดโซลีนอยด์ ดังแสดงในภาพด้านข้าง
โซลินอยด์คือขดลวดเส้นยาวที่มีจำนวนรอบมาก ภาพด้านล่างแสดงตัวอย่างการสร้างแม่เหล็กโดยการพันขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านรอบๆ สามารถกำหนดทิศทางของขั้วแม่เหล็กได้โดยใช้กฎมือขวา
ยื่นมือขวาออกไป โดยให้ฝ่ามือหันเข้าหาใบหน้า ยื่นนิ้วหัวแม่มือออกไป และงอนิ้วอีกสี่นิ้วไปข้างหน้าเข้าหาใบหน้า ทิศทางการงอของนิ้วทั้งสี่จะสอดคล้องกับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าในขดลวด ในขณะที่นิ้วหัวแม่มือชี้ไปทางขั้วเหนือของสนามแม่เหล็ก นิ้วหัวแม่มือชี้ไปทางแกน N ดังนั้น N จึงแทนขั้วเหนือของแม่เหล็ก และ M แทนขั้วใต้ของแม่เหล็ก
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.

ทอรอยด์

2. สนามแม่เหล็กที่เกิดจากทอรอยด์ซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะมีทิศทาง….

A. ตั้งฉากกับระนาบของทอรอยด์
ข. วงกลม
ค. ไปๆ มาๆ
D. ขึ้นอยู่กับเวลา

การอภิปราย
ทอรอยด์เป็นโซลินอยด์ทรงกลม ดังนั้นเมื่อใช้กฎมือขวา สนามแม่เหล็กที่เกิดจากทอรอยด์จึงมีทิศทางเป็นวงกลม
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

3. ถ้าเราเคลื่อนแม่เหล็กเข้าไปในขดลวด จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นระหว่างปลายทั้งสองของขดลวด ปรากฏการณ์นี้เกิดจาก...
A. มีการเปลี่ยนแปลงทิศทางของสนามแม่เหล็กที่ตัดผ่านขดลวด
B. มีการเปลี่ยนแปลงของขั้วแม่เหล็กที่ตัดขดลวด
ค. มีการเปลี่ยนแปลงจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กที่ตัดผ่านขดลวด
D. จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กที่ตัดผ่านขดลวดลดลง
การอภิปราย
แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่ขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก แต่ขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็กคือจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กที่ผ่านขดลวด สูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับฟลักซ์แม่เหล็กคือ Φ_B = BA cos θ ถ้าเส้นแรงแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นที่ผิวของขดลวด มุมที่เกิดขึ้นระหว่างเส้นแรงแม่เหล็กกับเส้นตั้งฉากจะเป็น 0_oโดยที่ค่าโคไซน์คือ 0_o = 1. ถ้าเส้นแรงแม่เหล็กขนานกับพื้นที่ผิวของขดลวด มุมที่เกิดขึ้นจะเป็น 90 องศา^oโดยที่ค่าโคไซน์คือ 90^o = 0 ดังนั้น ฟลักซ์แม่เหล็กจะมีค่าต่ำสุดเมื่อเส้นสนามแม่เหล็กขนานกับพื้นที่ผิวของขดลวด และจะมีค่าสูงสุดเมื่อเส้นสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นที่ผิวของขดลวด
ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคำนวณได้โดยใช้สูตรกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์:

เครื่องหมายลบแสดงว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าในทิศทางตรงกันข้ามกับจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ ข้อความนี้เรียกว่ากฎของเลนซ์
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.

4. แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในขดลวดจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามเวลา ถ้าพื้นที่ผิวของขดลวดคงที่และสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นผิวของขดลวด กราฟสนามแม่เหล็กที่เป็นไปได้สำหรับเงื่อนไขนี้คือ…

การอภิปราย
ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคำนวณได้โดยใช้สูตรกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์:

ถ้าสนามไฟฟ้าตั้งฉากกับพื้นผิวของขดลวดแล้ว:

ข้อสังเกต:

ถ้าสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นผิวของขดลวด สูตรฟลักซ์แม่เหล็กจะเป็นดังนี้:

B = สนามแม่เหล็ก, A = พื้นที่ผิวของขดลวด
พื้นที่ผิวของขดลวดมีค่าคงที่ และสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นผิวของขดลวด ดังนั้นสนามแม่เหล็กจึงมีค่าคงที่เช่นกัน
ดังนั้น จากสูตรข้างต้น จึงสรุปได้ว่า สิ่งที่มีผลต่อค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคือ อัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ หากอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์มากขึ้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำก็จะมากขึ้นตามไปด้วย
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.

หม้อแปลงไฟฟ้า

5. โปรดใส่ใจกับข้อความต่อไปนี้!
1. จำนวนขดลวดปฐมภูมิมีน้อยกว่าจำนวนขดลวดทุติยภูมิ
2. แรงดันไฟฟ้าด้านปฐมภูมิมากกว่าแรงดันไฟฟ้าด้านทุติยภูมิ
3. กระแสไฟฟ้าหลักมีค่ามากกว่ากระแสไฟฟ้ารอง
4. กำลังไฟฟ้าขั้นต้นน้อยกว่ากำลังไฟฟ้าขั้นรอง
ข้อความที่ตรงกับคุณลักษณะของหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเพิ่มแรงดันคือ…
ก. ข้อความที่ 1 และ 2
ข. ข้อความที่ 1 และ 3
ค. ข้อความที่ 2 และ 3
D. ข้อความที่ 2 และ 4
การอภิปราย
หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) หม้อแปลงไฟฟ้ามีสองประเภท ได้แก่ หม้อแปลงเพิ่มแรงดันและหม้อแปลงลดแรงดัน หม้อแปลงเพิ่มแรงดันจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่หม้อแปลงลดแรงดันจะลดแรงดันไฟฟ้า
หม้อแปลงเพิ่มแรงดันทำหน้าที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
1. แรงดันไฟฟ้าด้านปฐมภูมิมีค่าน้อยกว่า แรงดันไฟฟ้าด้านทุติยภูมิมีค่ามากกว่า
2. กระแสไฟฟ้าหลักมีค่ามากกว่า กระแสไฟฟ้ารองมีค่าน้อยกว่า
3. จำนวนรอบหลักน้อยกว่า จำนวนรอบรองมากกว่า

คุณสมบัติของหม้อแปลงลดแรงดันคือการทำงานเพื่อลดแรงดันไฟฟ้า โดยมีคุณสมบัติดังนี้:
1. แรงดันไฟฟ้าด้านปฐมภูมิมากกว่า แรงดันไฟฟ้าด้านทุติยภูมิน้อยกว่า
2. กระแสไฟฟ้าหลักมีค่าน้อยกว่า กระแสไฟฟ้ารองมีค่ามากกว่า
2. ยิ่งจำนวนรอบหลักมากเท่าไร จำนวนรอบรองก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

กำลังไฟฟ้าคือพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไปในช่วงเวลาที่กำหนด พลังงานเป็นสิ่งที่อนุรักษ์ได้ ดังนั้นกำลังไฟฟ้าก็เป็นสิ่งที่อนุรักษ์ได้เช่นกัน ด้วยเหตุนี้ พลังงานไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิจึงเท่ากับพลังงานไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ และกำลังไฟฟ้าจึงเท่ากันด้วย
สูตรกำลังไฟฟ้า:
พี = วีไอ
คำอธิบาย: P = กำลังไฟฟ้า, V = แรงดันไฟฟ้า, I = กระแสไฟฟ้า
กำลังไฟฟ้าคงที่ ดังนั้นจากสูตรนี้จึงสรุปได้ว่า ถ้าแรงดันไฟฟ้าสูง กระแสไฟฟ้าก็จะต่ำ เพื่อให้ผลคูณของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้ามีค่าคงที่
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.