CHAPTER 9 Magnetic Force,Materials,Inductance สำหรับบทที่ผ่านมาปริมาณต่างๆที่สำคัญในสนามแม่เหล็กล้วนแล้วแต่มีความสัมพันธ์กันทั้งสิ้น สนามแม่เหล็กจะมีได้จะต้องมีระบบกระแส บริเวณรอบระบบกระแสจะมีสนามแม่เหล็ก นอกจากสนามแม่เหล็กแล้ว ยังต้องทราบถึงความหมายของฟลักซ์แม่เหล็ก ความเข้มฟลักซ์แม่เหล็ก ศักย์แม่เหล็กแบบสเกล่าร์และแบบเวกเตอร์ 9.1 Force on Moving Charge แรงที่เกิดกับประจุในสนามไฟฟ้า แรงที่เกิดกับประจุที่ในสนามแม่เหล็ก แรงที่เกิดกับประจุที่เคลื่อนที่ในบริเวณที่มีทั้งสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า

9.2 Force on a differential current element Hall Effect เมื่อประจุเคลื่อนตัวเข้าไปที่บริเวณที่มีสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า จะเกิดทั้งแรงทางแม่เหล็กและไฟฟ้าขึ้นกับประจุ ความต่างศักย์ของขอบด้านซ้ายและขวาที่เปลี่ยนไปคือ Hall Voltage มี IC ที่ใช้หลักการนี้ตรวจจับ Hall Voltage นำไปประยุกต์ใช้กับ เครื่องตรวจจับโลหะ หาวัสดุแม่เหล็ก เป็นต้น

Uniform Magnetic field

Ex จงหาแรงที่เกิดขึ้นกับวงรอบกระแส 2 mA ที่อยู่ในวงรอบดังรูป วิธีทำ แรงที่เกิดขึ้นกับวงรอบกระแส เกิดจากสนามแม่เหล็กของอะไร

9.3 Force between differential current element จากหัวข้อที่แล้ว แรงที่เกิดขึ้นกับระบบกระแส เกิดจากระบบกระแสอีกระบบหนึ่ง จากรูป ผลของส่วนกระแสย่อยที่ 1 จะทำให้เกิดแรงแม่เหล็กที่ ส่วนกระแสย่อยที่2 และ ผลของส่วนกระแสย่อยที่ 2 จะทำให้เกิดแรงแม่เหล็กที่ ส่วนกระแสย่อยที่1 โดยแรงที่เกิดขึ้นไม่จำเป็นต้องมีขนาดเท่ากัน ทิศทางตรงกันข้าม

จะมีอยู่บางกรณีที่แรงที่เกิดขึ้นกับส่วนย่อยกระแสที่1เนื่องจากส่วนย่อยกระแสที่2 จะเท่ากับ แรงที่เกิดขึ้นกับส่วนย่อยกระแสที่2เนื่องจากส่วนย่อยกระแสที่1 ในกรณีของแรงคู่ควบ 9.4 Force and Torque on a closed circuit

9.4 Force and Torque on a closed circuit

9.5 The nature of magnetic materials การหมุนของอนุภาคในสารแม่เหล็ก ทำให้เกิดโมเมนต์ของสนามแม่เหล็ก ดังนี้ สนามแม่เหล็กที่เกิดจากการโคจรของอิเล็กตรอนจะเสริมกับสนามแม่เหล็กภายนอก 1.อิเล็กตรอนหมุนรอบอะตอม โมเมนแม่เหล็กที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเองนี้อาจเสริมหรือหักล้างกับสนามแม่เหล็กภายนอก 2.อิเล็กตรอนหมุนรอบตัวเอง 3.นิวเคลียสหมุนรอบตัวเอง (มีผลน้อยมาก)

สามารถจำแนกชนิดของสารแม่เหล็กได้ดังนี้ Diamagnetic สารที่เมื่อมีสนามภายนอกมากกระทำ สนามภายในจะมีค่าน้อยกว่าสนามภายนอกเล็กน้อย (ซึ่งเป็นผลมาจากการหมุนของอนุภาคในเนื้อสาร) H,He,NaCl,Cu,ทอง Paramagnetic เดิมสนามภายในที่เกิดจากการหมุนและการโคจรของอิเล็กตรอนรวมกันไม่เป็นศูนย์ เมื่อมีสนามภายนอกมากกระทำ ทำให้สนามภายในสูงกว่าภายนอกเล็กน้อย K,O,ทังสเตน

Ferromagnetic แต่ละอะตอมของสารมีโมเมนต์แม่เหล็กสูงและเรียงตัวเป็นบริเวณ(domain)เมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอกมากระทำ domain จะกว้างขึ้น และถ้าสนามแม่เหล็กออกไป การเรียงตัวจะไม่เหมือนกับตอนแรก ดังนั้นความสัมพันธ์ของสนามกับความเข้มฟลักแม่เหล็กจะเป็นไปโดยมีความสัมพันธ์เป็นวง hysterysis ดังที่เคยเรีนยในวิชาแปรผันพลังงานเครื่องกลไฟฟ้า ตัวอย่างคือ เหล็ก นิเกิล โคบอลต์ Antiferromagnetic โมเมนต์ที่เกิดจากอนุภาคในอะตอมต้านกันทำให้โมเมนต์สุทธิที่เกิดจกาอนุภาคเป็นศูนย์ แทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงเมื่อมีสนามภายของมากระทำ Ferrimagnetic มีการรียงตัวคล้ายกับสาร ferromagnetic แต่มีผลน้อยกว่า มีค่าความนำต่ำ ค่าความต้านทานสูงกว่าสาร ferro เมื่อนำมาทำแกนหม้อแปลงจะให้ความสูญเสียน้อย Fe3O4 NiFe2O4

Superparamagnetic เป็นสารที่ประกอบด้วยสาร ferro ปนกับสารที่ไม่ใช่ ferro คุณสมบัติความเป็นแม่เหล็กของบริเวรที่เป็นสาร ferro จะเปลี่ยนเมื่อมีสนามภายนอกมากระทำ มักนำมาทำแถบบันทึกเสียงและภาพ 9.6 Magnetization Bound current ที่เกิดจากการหมุนของอนุภาต่างๆในสนามแม่เหล้กทำให้เกิดโมเมนต์ เมื่อพิจารณาเป็น มหภาคโดย n คือจำนวน magnetic dipole ต่อปริมาตร แต่ ดังนั้น

Stoke’s theorem ถ้าสารที่พิจารณาเป็นสารแบบ linear isotropic Ex ถ้าขนาดของความเข้มฟลักแม่เหล็กเป็น 0.005 T และ µR=50 จงหาขนาดของสนามแม่เหล็ก