แม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร:

แม่เหล็กไฟฟ้าคือการศึกษาประจุและปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้ากับแม่เหล็ก ไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นลักษณะหนึ่งของปรากฏการณ์ทางกายภาพเดียวที่เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดโดยการเคลื่อนที่และแรงดึงดูดของประจุในสสาร

สาขาฟิสิกส์ที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กเรียกอีกอย่างว่าแม่เหล็กไฟฟ้า

คำว่า "ไฟฟ้า" ถูกเสนอโดยวิลเลียม กิลเบิร์ต ชาวอังกฤษ (1544-1603) จากภาษากรีก อิเล็กตรอน (อำพันชนิดหนึ่งที่ดึงดูดวัตถุเมื่อถูด้วยสารต่างๆ) ในทางกลับกัน "สนามแม่เหล็ก" อาจเกิดขึ้นจากภูมิภาคของตุรกีที่มีการสะสมของแมกนีไทต์ที่เป็นแม่เหล็ก (แมกนีเซีย) ที่ซึ่งชนเผ่ากรีกโบราณที่รู้จักกันในชื่อแมกนีเตสอาศัยอยู่

อย่างไรก็ตาม จนถึงปี 1820 Hans Christian Oersted (1777-1851) ประสบความสำเร็จในการแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของกระแสไฟฟ้าต่อพฤติกรรมของเข็มทิศ ดังนั้นจึงเกิดการศึกษาเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น

พื้นฐานของแม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กและไฟฟ้าเป็นสิ่งที่ดึงดูดใจมนุษยชาติมาโดยตลอด วิธีการเริ่มต้นของเขาใช้หลักสูตรต่างๆ ที่ถึงจุดนัดพบเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 เพื่อให้เข้าใจว่าแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร เรามาทบทวนแนวคิดพื้นฐานบางอย่างกัน

ค่าไฟฟ้า

ประจุไฟฟ้าเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของอนุภาคที่ประกอบเป็นสสาร พื้นฐานของประจุไฟฟ้าทั้งหมดอยู่ในโครงสร้างอะตอม อะตอมรวมโปรตอนบวกในนิวเคลียส และอิเล็กตรอนเชิงลบจะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ นิวเคลียส เมื่อจำนวนอิเล็กตรอนและโปรตอนเท่ากัน เราก็มีอะตอมที่มีประจุเป็นกลาง เมื่ออะตอมได้รับอิเล็กตรอน จะมีประจุลบ (ประจุลบ) และเมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน ก็จะเหลือประจุบวก (ไอออนบวก)

จากนั้นประจุของอิเล็กตรอนก็ถือเป็นหน่วยพื้นฐานหรือควอนตัมของประจุไฟฟ้า ซึ่งเทียบเท่ากับ 1.60 x 10 -19 คูลอมบ์ (C) ซึ่งเป็นหน่วยวัดประจุ เพื่อเป็นเกียรติแก่ชาร์ลส์ ออกุสแตง เดอ คูลอมบ์ นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส

สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

สนามไฟฟ้าเป็นสนามพลังที่ล้อมรอบประจุหรืออนุภาคที่มีประจุ กล่าวคือ อนุภาคที่มีประจุส่งผลกระทบหรือออกแรงกับอนุภาคที่มีประจุอื่นที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียง สนามไฟฟ้าเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่แสดงด้วยตัวอักษร E ซึ่งมีหน่วยเป็นโวลต์ต่อเมตร (V / m) หรือนิวตันต่อคูลอมบ์ (N / C)

ในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้นเมื่อมีกระแสหรือการเคลื่อนที่ของประจุ (กระแสไฟฟ้า) เราสามารถพูดได้ว่ามันเป็นบริเวณที่แรงแม่เหล็กกระทำ ดังนั้นสนามไฟฟ้าจะล้อมรอบอนุภาคที่มีประจุใด ๆ และการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุจะสร้างสนามแม่เหล็ก

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่แต่ละตัวจะสร้างสนามแม่เหล็กขนาดเล็กในอะตอม สำหรับวัสดุส่วนใหญ่ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต่างกัน ดังนั้นสนามแม่เหล็กจึงตัดกัน ในองค์ประกอบบางอย่าง เช่น เหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต้องการ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กสุทธิ วัสดุประเภทนี้เรียกว่าเฟอร์โรแมกเนติก

แม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กเป็นผลมาจากการจัดตำแหน่งถาวรของสนามแม่เหล็กของอะตอมในชิ้นส่วนของเหล็ก ในชิ้นส่วนของเหล็กธรรมดา (หรือวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติกอื่นๆ) สนามแม่เหล็กจะมีทิศทางแบบสุ่ม ดังนั้นจึงไม่ทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็ก ลักษณะสำคัญของแม่เหล็กคือมี 2 ขั้ว คือ เหนือและใต้

แม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยชิ้นส่วนของเหล็กภายในขดลวดซึ่งกระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้ เมื่อกระแสไฟเปิดอยู่ สนามแม่เหล็กจากแต่ละอะตอมที่ประกอบเป็นชิ้นส่วนของเหล็กจะเรียงตัวกับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสในขดลวดซึ่งเป็นการเพิ่มแรงแม่เหล็ก

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่ค้นพบโดย Joseph Henry (1797-1878) และ Michael Faraday (1791-1867) คือการผลิตไฟฟ้าโดยใช้สนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ โดยการส่งผ่านสนามแม่เหล็กผ่านขดลวดหรือวัสดุนำไฟฟ้าอื่นๆ จะเกิดการไหลของประจุหรือกระแสเมื่อวงจรปิด

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพื้นฐานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและในทางปฏิบัติของพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ผลิตในโลก

การประยุกต์ใช้แม่เหล็กไฟฟ้า

แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพื้นฐานของการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่เราใช้ทุกวัน

ไมโครโฟน

ไมโครโฟนมีเมมเบรนบางๆ ที่สั่นเพื่อตอบสนองต่อเสียง ติดกับเมมเบรนเป็นขดลวดที่เป็นส่วนหนึ่งของแม่เหล็กและเคลื่อนที่ไปพร้อมกับเมมเบรน การเคลื่อนที่ของขดลวดผ่านสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนคลื่นเสียงเป็นกระแสไฟฟ้าที่ถ่ายโอนไปยังลำโพงและขยายเสียง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้พลังงานกลเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า พลังงานกลสามารถมาจากไอน้ำ ที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล หรือจากน้ำที่ตกลงมาในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

มอเตอร์ไฟฟ้า

มอเตอร์ใช้พลังงานไฟฟ้าในการผลิตพลังงานกล มอเตอร์เหนี่ยวนำใช้กระแสสลับเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล มอเตอร์เหล่านี้มักใช้ในเครื่องใช้ในครัวเรือน เช่น พัดลม เครื่องอบผ้า เครื่องซักผ้า และเครื่องปั่น

มอเตอร์เหนี่ยวนำประกอบด้วยส่วนที่หมุนได้ (โรเตอร์) และส่วนที่อยู่กับที่ (สเตเตอร์) โรเตอร์เป็นกระบอกเหล็กที่มีร่องซึ่งติดครีบหรือแท่งทองแดง โรเตอร์ถูกปิดล้อมอยู่ในภาชนะที่มีขดลวดหรือเส้นลวดนำไฟฟ้าซึ่งผ่านกระแสสลับไปจนกลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า

กระแสสลับที่ไหลผ่านขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เหนี่ยวนำให้เกิดกระแสและสนามแม่เหล็กในโรเตอร์ ปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กในสเตเตอร์และโรเตอร์ทำให้เกิดแรงบิดในโรเตอร์ทำให้สามารถทำงานได้

Maglev: รถไฟที่ลอยได้

รถไฟลอยด้วยสนามแม่เหล็กใช้แม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อยก นำทาง และขับเคลื่อนตัวเองบนรางพิเศษ ญี่ปุ่นและเยอรมนีเป็นผู้บุกเบิกการใช้รถไฟเหล่านี้เป็นพาหนะในการขนส่ง มีสองเทคโนโลยี: ระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กไฟฟ้าและระบบกันสะเทือนแบบไฟฟ้าไดนามิก

ระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับแรงดึงดูดระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลังที่ฐานของรถไฟและรางรถไฟ แรงแม่เหล็กถูกปรับเพื่อให้รถไฟยังคงลอยอยู่เหนือรางรถไฟ ในขณะที่มันถูกขับเคลื่อนด้วยสนามแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าโดยปฏิกิริยาของแม่เหล็กด้านข้างในรถไฟ

ระบบกันสะเทือนแบบอิเล็กโทรไดนามิกขึ้นอยู่กับแรงผลักระหว่างแม่เหล็กในรถไฟกับสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำให้เกิดในรางรถไฟ รถไฟประเภทนี้ต้องการล้อเพื่อให้สามารถไปถึงความเร็ววิกฤตได้ เช่นเดียวกับเครื่องบินเมื่อกำลังจะขึ้น

การวินิจฉัยทางการแพทย์

การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่มีผลกระทบมากที่สุดในการแพทย์แผนปัจจุบัน มันขึ้นอยู่กับผลกระทบของสนามแม่เหล็กแรงสูงต่อนิวเคลียสไฮโดรเจนของน้ำในร่างกาย

ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าหลายอย่างที่เราทราบเป็นผลมาจากสนามแม่เหล็กโลก สนามนี้ถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าภายในดาวเคราะห์ จากนั้น โลกจะมีลักษณะเป็นแท่งแม่เหล็กขนาดใหญ่อยู่ภายใน โดยที่ขั้วเหนือแม่เหล็กอยู่ที่ขั้วใต้ทางภูมิศาสตร์ และขั้วใต้แม่เหล็กนั้นสอดคล้องกับขั้วโลกเหนือตามภูมิศาสตร์

การวางแนวเชิงพื้นที่

เข็มทิศเป็นเครื่องมือที่มีอายุประมาณ 200 ปีก่อนคริสตกาล มันขึ้นอยู่กับการวางแนวของเข็มโลหะแม่เหล็กไปทางทิศเหนือทางภูมิศาสตร์

สัตว์บางชนิดและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ สามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กของโลกและปรับทิศทางตัวเองในอวกาศได้ หนึ่งในกลยุทธ์การกำหนดเป้าหมายคือผ่านเซลล์หรืออวัยวะเฉพาะที่ประกอบด้วยผลึกของแมกนีไทต์ ซึ่งเป็นแร่เหล็กออกไซด์ที่คงไว้ซึ่งสนามแม่เหล็กถาวร

ออโรร่าเหนือและใต้

สนามแม่เหล็กของโลกทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันจากการทิ้งระเบิดของอนุภาคไอออไนซ์พลังงานสูงที่เล็ดลอดออกมาจากดวงอาทิตย์ (รู้จักกันดีในชื่อลมสุริยะ) สิ่งเหล่านี้ถูกเปลี่ยนเส้นทางไปยังบริเวณขั้วโลก อะตอมและโมเลกุลที่น่าตื่นเต้นในชั้นบรรยากาศ ลักษณะเฉพาะของแสงออโรรา (ทางเหนือในซีกโลกเหนือและออสเตรลในซีกโลกใต้) เป็นผลมาจากการปลดปล่อยพลังงานเมื่ออิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นกลับสู่สถานะพื้นฐาน

Maxwell กับทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า

James Clerk Maxwell อนุมานสมการทางคณิตศาสตร์ระหว่างปี 1864 และ 1873 ที่อธิบายธรรมชาติของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ด้วยวิธีนี้ สมการของแมกซ์เวลล์ได้ให้คำอธิบายเกี่ยวกับคุณสมบัติของไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สมการเหล่านี้แสดง:

  • ประจุไฟฟ้าทำให้เกิดสนามไฟฟ้าได้อย่างไร
  • กระแสสร้างสนามแม่เหล็กอย่างไร และ
  • การเปลี่ยนสนามแม่เหล็กทำให้เกิดสนามไฟฟ้าได้อย่างไร

สมการคลื่นของแมกซ์เวลล์ยังแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนสนามไฟฟ้าสร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระจายตัวเองด้วยส่วนประกอบไฟฟ้าและแม่เหล็ก งานของแมกซ์เวลล์ได้รวมเอาพื้นที่ฟิสิกส์ไฟฟ้า แม่เหล็ก และแสงที่ดูเหมือนแยกจากกันเป็นหนึ่งเดียว

แท็ก:  ศาสนา - และจิตวิญญาณ การแสดงออกยอดนิยม เทคโนโลยี - นวัตกรรม