ไมเคิล ฟาราเดย์ เป็นนักเคมีและนักฟิสิกส์ ชาวอังกฤษ เป็นผู้คิดค้นไดนาโมในปี ค.ศ. 1821 เขายังเป็นคนชอบอ่านหนังสือ ศึกษาหาความรู้โดยเฉพาะเรื่องของไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำภายในวงปิด เกิดจากการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ สนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ ที่ล้อมรอบด้วยวงปิดนั้น เราเห็นได้จากวงลวดต่อกับแอมมิเตอร์ ในรูป (a) เมื่อแท่งแม่เหล็กเคลื่อนที่เข้าหาวงขดลวดเข็มของแอมมิเตอร์จะเบนไปในทิศทางหนึ่ง และ ในรูป (c) เมื่อแท่งแม่เหล็กเคลื่อนออกจากวงขดลวด เข็มของแอมมิเตอร์อมิเตอร์จะเบนไปในทิศทางตรงข้าม แต่ ในรูป (b) เมื่อถือแท่งแม่เหล็กนิ่งๆ พบว่าไม่มีการเบนของเข็ม ผลเหล่านี้แสดงให้เห็นความจริงที่ว่ามีกระแสเกิดขึ้นโดยไม่ต้องมีการต่อแบตเตอรีได้ เรียกกระแสที่เกิดด้วยวิธีนี้ว่า กระแสเหนี่ยวนำ ตามกฎของฟาราเดย์ กล่าวว่า “ในวงปิดใดๆ จะมีแรงเคล่อืนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรปิดนั้น”

1) เมื่อขนาดของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนไปกับเวลา

2) เมื่อขนาดของพื้นที่เปลี่ยนไปกับเวลา

3) มุมระหว่างสนามแม่เหล็กกับเวกเตอร์พื้นที่เปลี่ยนไปกับเวลา

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนาที่เกิดจากการเคลื่อนที่ Motional emf

เมื่อแท่งตัวนาวิ่งในสนามแม่เหล็ก อิเล็กตรอนอิสระใน ตัวนาจะถูกแรงแม่เหล็กกระทา เกิดการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอนไปออกันที่ปลายด้านหนึ่งของแท่งตัวนานั้น ดังรูป

ตัวอย่าง

ขดลวดจำนวน 200 รอบ พันรอบโครงสี่เหลี่ยมจัตุรัสยาวด้านละ 18 ซ.ม. แต่ละรอบของขดลวดมีพื้นที่เท่ากัน ความต้านทานทั้งหมด 2.0 Ω เมื่อป้อนสนามแม่เหล็กในทิศตั้งฉากกับขดลวด ถ้าสนามมีการเปลี่ยนแปลงอย่างเชิงเส้นจาก 0 ถึง 0.5 Wb/m2ในเวลา 0.8 s จงหาขนาดของ emf ที่เกิดขึ้น

กฎของแอมแปร์-แมกซ์เวล

แอมแปร์เกิดเมื่อวันที่ 22 มกราคม ค.ศ. 1775 ที่เมือง โปลีมีเยอร์ ประเทศฝรั่งเศส บิดาของเขาเป็นพ่อค้าที่มีฐานะดีพอสมควร ซึ่งเป็นโอกาสที่ดีทำให้แอมแปร์ได้รับการศึกษาที่ดีแอมแปร์มีความสนใจเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์อย่างมาก โดยเฉพาะคณิตศาสตร์ เขามีความสนใจมากเป็นพิเศษจนมีความชำนาญในวิชา Differential Calculus ในขณะที่เขามีอายุเพียง 12 ปี เท่านั้นและในปี ค.ศ. 1793 เขาได้รับการยกย่องในฐานะนักคณิตศาสตร์ผู้มีความสามารถคนหนึ่งของฝรั่งเศสเลยทีเดียว ในปี ค.ศ. 1974 เกิดการปฏิวัติใหญ่ในฝรั่งเศส ฝ่ายปฏิวัติต้องการโค่นล้มสถาบันพระมหากษัตริย์ และสามารถทำการได้สำเร็จ ฝ่ายปฏิวัติมีคำสั่งให้สังหารคนที่ต้องสงสัยว่าเป็นฝ่ายกษัตริย์เป็นจำนวนมาก รวมถึงพ่อของแอมแปร์ด้วย หลังจากที่พ่อของเขาถูกประหารด้วยเครื่องกิโยตีน (Guillotine) ทำให้เขาเศร้าโศกเสียใจมากและต้องลาออกจากโรงเรียน แอมแปร์ได้เข้าทำงานเป็นครูสอนหนังสือในโรงเรียนแห่งหนึ่ง ต่อจากนั้นได้เข้าทำงานเป็นครูสอนวิชาคณิตศาสตร์ และดาราศาสตร์ชั้นมัธยม ที่เมืองลีอองส์ (Lyons) หลังจากนั้นอีก 2 ปีเขาได้รับเชิญให้เป็นศาสตราจารย์สอนวิชา Analytical Calculus และกลศาสตร์ที่โรงเรียนโปลีเทคนิคแห่งฝรั่งเศส (Polytechnic School of France)

กฎของแอมแปร์

กฎของแอมแปร์ใช้ในการคำนวนหาสนามแม่เหล็ก เนื่องจากเส้นลวดยาวอนันต์และขดลวดที่มีกระแสไหลผ่านมีลักษณะและแนวคิดคล้ายกฎของเกาส์ที่ใช้หาสนามไฟฟ้า กล่าวคือ ผลรวมของสนามแม่เหล็กรอบเส้นทางปิด จะมีปริมาณรวมที่สัมพันธ์กับ กระแสไฟฟ้าที่ก่อให้เกิดสนามแม่หล็กนั้นๆ เขียนเป็นรูปสมการได้ดังนี้

กฎของแอมแปร์ใช้ได้เมื่อกระแสคงที่ และมีสมมาตรในระบบสูง

สนามแม่เหล็กของเส้นลวดที่ยาวอนันต์

จากภาพจะเห็นว่าเมื่อลวดตัวนำไม่มีกระแสไหลผ่าน สนามแม่เหล็กจะเป็นศูนย์ แต่เมื่อลวดตัวนำมีกระแสไหลผ่าน ก็จะเกิดการเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบๆลวดตัวนำ ซึ่งจะสามารถคำนวนได้จากกฎของแอมแปร์ เริ่มต้นจากการสร้างเส้นทางปิดสมมติ เป็นวงกลมรัศมี r พิจารณาสนามแม่เหล็กว่ามีทิศเดียวกับเวกเตอร์ ตลอดเส้นทางปิด

∴ สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากกระแสนี้ ที่ภายในขดลวด และภายนอกขดลวดมีความสัมพันธ์กับระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของเส้นลวดดังภาพ

สนามแม่เหล็กของขดลวดโซลินอยด์

ขดลวดโซลินอยด์คือขดลวดตัวนำที่พันกันเป็นรูปเกลียว การพันลวดเป็นรูปนี้ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กความเข้มข้นสูงภายในขดลวด โดยสนามแม่เหล็กคือผลรวมเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กย่อยๆ ของแต่ละเกลี่ยวเข้าด้วยกันทั้งหมด ภาพแสดงเส้นแรงสนามแม่เหล็กภายในขดลวดโซลินอยมีลักษณะค่อนข้างเป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอ

แรงที่กระทำระหว่างลวดตัวนำสองเส้น

เมื่อลวดตัวนำสองเส้นที่มีกระแสI1และI2สนามแม่เหล็ก จากเส้นที่หนึ่งจะทำให้เกิดแรงบนเส้นลวดเส้นที่สอง และในทางกลับกันก็คือ สนามแม่เหล็ก จากเส้นที่สองจะทำให้เกิดแรงบนเส้นลวดเส้นที่หนึ่ง เราสามารถคำนวนแรงที่เกิดขึ้นกับเส้นสวดทั้งสองในกรณีนี้ได้ โดยเริ่มต้นจากการหาค่าสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นและนำไปคำนวนหาแรงที่กระทำกับเส้นลวดอีกเส้น

กฎของแอมแปร์ในรูปทั่วไปและกระแสกระจัด

พิจารณาแผ่นเก็บประจุรูปจานสองแผ่นดังภาพ ในขณะเก็บประจุไม่มีกระแสไหลผ่านจากแผ่นบวกไปยังแผ่นลบ แต่มีฟลักซ์ไฟฟ้าที่ผ่านพื้นที่หน้าตัด A เท่ากับ

จากการคำนวนสนามไฟฟ้าเนื่องจากแผ่นเก็บประจุคู่ขนาน

แทนค่าสนามไฟฟ้าลงในสมการฟลักซ์ไฟฟ้า

ย้ายข้างหาค่าประจุ และอัตราการเปลี่ยนแปลงประจุโดยการหาอนุพันธ์

กระแสไฟฟ้า หรือ การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก