แม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก

          แม่เหล็ก เป็นสารที่สามารถดูดและผลักกันเอง  และสามารถดูดพวกสารแม่เหล็กได้โดยการเหนี่ยวนำ โดยปกติมี 2 ขั้ว คือ ขั้วเหนือและขั้วใต้

        สนามแม่เหล็ก คือบริเวณ (space) ที่มีอำนาจการกระทำที่เกิดจากแม่เหล็ก อำนาจการกระทำที่ส่งออกมาจากแม่เหล็กนี้มีลักษณะเป็นปริมาณเวกเตอร์ (Magnetic field Vector) มีสัญลักษณ์เวกเตอร์ B เรียกอีกชื่อว่าอำนาจแม่เหล็กชักนำ (Magnetic Induction) ซึ่งเป็นอำนาจของเส้นแรงชักนำ (Line of Induction) ซึ่งเป็นเวกเตอร์ เรียกว่า ฟลักซ์แม่เหล็ก (Magnetic Flux)  มีหน่วยในการวัดเป็น weber

ภาพสนามแม่เหล็กโลก
ที่มา: http://nongin2540.blogspot.com/p/blog-page_23.html

          สำหรับรอบ ๆ แท่งแม่เหล็ก อำนาจแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กแต่ละแห่งจะมีค่าไม่เท่ากันคือ ในแต่ละแห่งความแรงของสนามแม่เหล็กจะมีค่าไม่เท่ากัน เนื่องจากสนามแม่เหล็กนั้นเรามองไม่เห็นจึงมีทฤษฎีเกี่ยวกับเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นเช่นเดียวกับทฤษฎีของเส้นแรงไฟฟ้า

หลักเกี่ยวกับเส้นแรงแม่เหล็กที่ควรทราบ คือ

1. ภายนอกแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กจะมีทิศพุ่งออกจากขั้วเหนือ (N) และพุ่งเข้าสู่ขั้วใต้ (S) เสมอ

2. ภายในแท่งแม่เหล็ก เส้นแรงแม่เหล็กจะมีทิศจากขั้วใต้ (S) พุ่งเข้าสู่ขั้วเหนือ (N)  เสมอ

การคำนวณหาขนาดของสนามแม่เหล็ก

          สนามแม่เหล็ก เป็นอาณาบริเวณที่มีเส้นแรงแม่เหล็กพุ่งผ่าน ถ้าบริเวณใดมีจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กผ่านมาก บริเวณนั้นจะมีความแรงหรือความเข้มสนามแม่เหล็กสูง เส้นแรงแม่เหล็กจะมีทิศพุ่งออกจากขั้วแม่เหล็กขั้วเหนือไปยังขั้วแม่เหล็กขั้วใต้ ความแรงของสนามแม่เหล็ก อาจจะกำหนดดังนี้ จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กต่อ 1 หน่วยพื้นที่เส้นแรงผ่าน คือค่าของสนามแม่เหล็กที่จุดนั้น เราสามารถหาขนาดของสนามแม่เหล็กได้ดังนี้

          สนามแม่เหล็ก = จำนวนเส้นแรงแม่เหล็ก/พื้นที่หน้าตัดของบริเวณที่เส้นแรงผ่าน

โดยที่  สนามแม่เหล็ก มีหน่วยเป็น weber/m²

          จำนวนเส้นแรงแม่เหล็ก มีหน่วยเป็น weber

          พื้นที่หน้าตัดของบริเวณที่เส้นแรงผ่าน มีหน่วยเป็น ตารางเมตร

        สิ่งที่ควรทราบ

        สนามแม่เหล็ก เป็นปริมาณเวกเตอร์ ทิศของสนามแม่เหล็กจะไปตามทิศของเส้นแรงแม่เหล็กดังต่อไปนี้คือ

1. ในกรณีที่เส้นแรงแม่เหล็กเป็นเส้นตรง ทิศของสนามแม่เหล็กจะมีทิศเดียวกับทิศของเส้นแรง

2. ในกรณีที่เส้นแรงแม่เหล็กเป็นเส้นโค้ง ทิศของสนามแม่เหล็กที่จุดใด ๆ จะมีทิศสัมผัสกับเส้นแรงแม่เหล็กที่จุดนั้นโดยมีทิศไปตามแนวเส้นแรง

สนามแม่เหล็กโลก

          เราทราบดีว่าโลกเรานี้มีอำนาจแม่เหล็ก ทั้งนี้เพราะแท่งแม่เหล็กที่แขวนไว้ในแนวระดับหรือเข็มทิศจะวางตัวในแนวเหนือ-ใต้ เสมอ จากการสำรวจสนามแม่เหล็ก หรือเส้นแรงแม่เหล็กเราพบว่าโลกทำตัวเหมือนกับมีแท่งแม่เหล็กขนาดใหญ่อยู่ในใจกลางโลก ซึ่งเราเรียกว่า สนามแม่เหล็กโลก

          แม่เหล็กโลกวางตัวโดยเอาขั้วใต้อยู่ทางซีกโลกเหนือและขั้วเหนืออยู่ทางซีกโลกใต้ แนวแกนของแม่เหล็กโลกทำมุมเล็กน้อย ประมาณ 17  องศา กับแนวเหนือใต้ภูมิศาสตร์โลก

          เนื่องจากขั้วแม่เหล็กชนิดเดียวกันจะผลักกัน และขั้วแม่เหล็กต่างชนิดกันจะดูดกัน ดังนั้นเข็มทิศซึ่งเป็นแม่เหล็กเมื่อวางไว้ในสนามแม่เหล็กโลก เข็มทิศจะต้องเอาขั้วเหนือชี้ไปทางทิศเหนือ เพราะขั้วใต้ของแม่เหล็กโลกอยู่ทางเหนือ และเอาขั้วใต้ชี้ไปทางใต้เสมอ เพราะขั้วเหนือของแม่เหล็กโลกอยู่ทางใต้

           จุดสะเทิน (Neutral Point) ถ้ามีสนามแม่เหล็กมากกว่าหนึ่งสนามในบริเวณเดียวกัน สนามแม่เหล็กที่ตำแหน่งต่าง ๆ ในบริเวณนั้นอาจจะหักล้างกันจนเป็นศูนย์ก็ได้ เราเรียกบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กลัพธ์เป็นศูนย์ว่าจุดสะเทิน

          สิ่งที่ควรทราบ  เส้นแรงที่เห็นเป็นการรวมกับแบบเวกเตอร์ของเส้นแรงของแท่งแม่เหล็กกับเส้นแรงของสนามแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้า

       1. ถ้ามีกระแสผ่านลวดตัวนำจะเกิดสนามแม่เหล็กรอบตัวนำนั้น การหาทิศทางของสนามแม่เหล็กใช้กฎมือขวา (Right Hand Rule) ใช้มือขวากำรอบลวดตัวนำ หัวแม่มือทาบบนเส้นลวดพุ่งตามทิศกระแส ปลายนิ้วทั้งสี่ที่กำรอบเส้นลวดจะแสดงทิศสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น

          สิ่งที่ควรทราบ

              - สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบ ๆ เส้นลวด ณ ที่ห่างจากเส้นลวดต่างกันจะมีขนาดไม่เท่ากัน

              - ทิศของสนามแม่เหล็กที่จุดใด ๆ จะอยู่ในแนวเส้นสัมผัสเส้นแรงแม่เหล็กที่จุดนั้น ๆ เสมอ

      2. ขดลวดโซลินอยด์ (Solenoid)

           การหาทิศของสนามแม่เหล็ก

            วิธีที่ 1 มองปลายใดปลายหนึ่ง ถ้ากระแสทวนเข็มนาฬิกา สนามพุ่งออกเป็นขั้วเหนือ ถ้ากระแสตามเข็มนาฬิกาสนามพุ่งเข้าเป็นขั้วใต้

            วิธีที่ 2 ใช้กฎมือขวา คือ กำมือขวาให้นิ้วทั้งสี่วนไปตามทิศของกระแสที่ไหล นิ้วหัวแม่มือที่ชี้ออกจะแสดงทิศของขั้วเหนือที่เกิดขึ้น

           สิ่งที่ควรทราบ   สำหรับสนามแม่เหล็กตรงกลางภายในขดลวดโซลินอยด์จะถือว่ามีค่าสม่ำเสมอ

3. ขดลวดทอรอยด์ (Toroid)

            เกิดจากลวดตัวนำที่มีฉนวนหุ้มมาขดเป็นวงกลม รูปทรงกระบอกคล้ายโซลินอยด์ แล้วมาขดต่อเป็นวงกลม เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่าน ย่อมเกิดสนามแม่เหล็กภายในเทอรอยด์โดยสนามแม่เหล็กที่ขอบด้านใน สูงกว่า สนามแม่เหล็กที่ขอบด้านนอก (ในทอรอยด์จึงมีสนามแม่เหล็กไม่สม่ำเสมอ) ใช้ในเครื่องปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน โดยกักเก็บพลาสมาที่เป็นอนุภาคไฟฟ้าที่มีความเร็วสูงที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้

      ตัวอย่างที่ 1 ข้อใดกล่าวถูกต้องเกี่ยวกับสนามแม่เหล็ก

1. ภายนอกแท่งแม่เหล็กสนามแม่เหล็กมีทิศพุ่งจากขั้วเหนือเข้าสู่ขั้วใต้

2. สนามแม่เหล็กมีความเข้มสม่ำเสมอในทุก ๆ จุด

3. เมื่อนำเข็มทิศไปวางไว้บริเวณที่มีสนามแม่เหล็กเข็มทิศจะชี้ทิศเหนือ

     คำตอบที่ถูกต้องคือข้อใด

1. ข้อ A เท่านั้น   

2. ข้อ A, B       

3. ข้อ B, C 4.

4. ข้อ A, C

      เฉลย คำตอบที่ถูกต้องคือ ข้อ 1

แหล่งที่มา

ช่วง  ทมทิตชงค์ และคณะ. (2537). ฟิสิกส์ 5  ม.6. กรุงเทพฯ:ไฮเอ็ดพับลิชชิ่ง.

พงษ์ศักดิ์  ชินนาบุญ. (2556). ฟิสิกส์ เล่ม 4 ม. 4-6. กรุงเทพฯ: วิทยพัฒน์.

สุภารัตน์   โรจนโพธิ์. (มปป). สนามแม่เหล็ก. สืบค้นเมื่อ 9 ธันวาคม  2562, จาก http://nongin2540.blogspot.com/p/blog-page_23.html