การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าและสนามไฟฟ้า ซึ่งเป็นหลักการเบื้องหลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า

Definition

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือการสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าและสนามไฟฟ้าหมุนวนโดยการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก ซึ่งวัดปริมาณได้ด้วยกฎของฟาราเดย์ โดยผลการเหนี่ยวนำจะต้านทานการเปลี่ยนแปลงตามกฎของเลนซ์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์, กฎของเลนซ์และทิศทางของผลการเหนี่ยวนำ, แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่และจากหม้อแปลง, การเหนี่ยวนำตนเองและการเหนี่ยวนำร่วม, และพลังงานที่สะสมอยู่ในสนามแม่เหล็ก โดยจะกล่าวถึงสนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ไม่เป็นอนุรักษ์นิยมและแนะนำกระแสไหลวน (eddy currents) ในขณะที่เรื่องการแผ่รังสีจะถูกกล่าวถึงในหัวข้อถัดไป

Core questions

• การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็กทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรได้อย่างไร?
• เหตุใดกระแสเหนี่ยวนำจึงต้านทานการเปลี่ยนแปลงที่ก่อให้เกิดกระแสเหล่านั้น?
• การเหนี่ยวนำและพลังงานแม่เหล็กที่สะสมอยู่ถูกนิยามไว้อย่างไร?

Key concepts

• ฟลักซ์แม่เหล็ก
• แรงเคลื่อนไฟฟ้า
• กฎของฟาราเดย์
• กฎของเลนซ์
• การเหนี่ยวนำตนเอง
• การเหนี่ยวนำร่วม
• กระแสไหลวน
• พลังงานแม่เหล็ก

Key theories

กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์

แรงเคลื่อนไฟฟ้ารอบวงจรเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรนั้นติดลบ; ในรูปอนุพันธ์ เคิร์ลของสนามไฟฟ้าเท่ากับอนุพันธ์เวลาของสนามแม่เหล็กติดลบ

กฎของเลนซ์

กระแสเหนี่ยวนำจะไหลในทิศทางที่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ที่เป็นสาเหตุ ซึ่งเป็นผลมาจากการอนุรักษ์พลังงานที่กำหนดเครื่องหมายในกฎของฟาราเดย์

Clinical relevance

การเหนี่ยวนำเป็นหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, หม้อแปลงไฟฟ้า, มอเตอร์เหนี่ยวนำและเตาแม่เหล็กไฟฟ้า, การชาร์จแบบไร้สายและการชาร์จแบบเหนี่ยวนำ, รวมถึงขดลวดไล่ระดับและขดลวดคลื่นความถี่วิทยุในการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (magnetic resonance imaging)

History

ฟาราเดย์ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในปี ค.ศ. 1831 โดยโจเซฟ เฮนรีได้สังเกตผลที่เกี่ยวข้องอย่างอิสระ เลนซ์ได้กำหนดกฎทิศทางในปี ค.ศ. 1834 และแมกซ์เวลล์ได้รวมการเหนี่ยวนำเข้ากับสมการสนามของเขาในฐานะกฎเคิร์ลสำหรับสนามไฟฟ้า

Key figures

• Michael Faraday
• Joseph Henry
• Heinrich Lenz

Seminal works

• maxwell1873
• jackson1998

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่ (motional EMF) และแรงเคลื่อนไฟฟ้าจากหม้อแปลง (transformer EMF) คืออะไร?

แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่เกิดขึ้นเมื่อตัวนำเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กสถิต ในขณะที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าจากหม้อแปลงเกิดขึ้นจากสนามที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาผ่านวงจรที่อยู่นิ่ง ทั้งสองอย่างรวมกันได้ด้วยกฎฟลักซ์ของฟาราเดย์

เหตุใดกฎของเลนซ์จึงมีเครื่องหมายลบ?

กระแสเหนี่ยวนำจะต้านทานการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์เพื่ออนุรักษ์พลังงาน หากกระแสเหนี่ยวนำเสริมการเปลี่ยนแปลง มันจะสร้างพลังงานจากความว่างเปล่า ดังนั้นเครื่องหมายลบในกฎของฟาราเดย์จึงสะท้อนถึงการต้านทานนี้