แม่เหล็กคืออะไร
แม่เหล็กในธรรมชาติ เป็นที่รู้จักกันมานานแล้ว โดยการสังเกตพบว่ามีสินแร่เหล็กบางชนิดที่สามารถดูดเศษเหล็กต่างๆเข้ามาติดได้ หลังจากนั้นจึงมีผู้คิดค้นเพื่อนำแม่เหล็กมาใช้งานกันแพร่หลายจนถึงปัจจุบัน ปกติแล้วถ้านำแท่งแม่เหล็กไปแขวนลอยไว้อย่างอิสระปลายทั้งสองข้างของมันจะชี้ไปทางทิศเหนือและทิศใต้โดยอัตโนมัติ โดยปลายข้างที่ชี้ไปทางทิศเหนือเรียกว่า “ขั้วเหนือหรือขั้ว N” และปลายข้างที่ชี้ไปทางทิศใต้เรียกว่า “ขั้วใต้หรือขั้ว S” ซึ่งต่อมาได้นำ หลักการนี้ไปใช้ทำเข็มทิศช่วยในการเดินเรือ
แม่เหล็กนั้นมีความสัมพันธ์กับไฟฟ้าอย่างมาก เนื่องจากอุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิดจำเป็นต้องใช้แม่เหล็กหรือหลักการของแม่เหล็กประกอบในการนำมาใช้งานต่างๆ รวมทั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิดในรถยนต์ ได้แก่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเยนเนอเรเตอร์ (Generator) เป็นต้น
อำนาจดึงดูดแม่เหล็ก เหมือนกับกระแสไฟฟ้า ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า อำนาจนี้สามารถทำให้เกิดงานและพลังงานได้ อำนาจแม่เหล็กทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า และในทางกลับกันกระแสทำให้เกิดอำนาจดึงดูดของแม่เหล็กได้
แท่งเหล็กธรรมดาสามารถทำให้เป็นแม่เหล็กได้หลายลักษณะ ที่นิยมกันทั่วๆ ไปได้แก่ การเหนี่ยวนำของแม่เหล็กโดยการใช้แท่งแม่เหล็กถูไปบนแท่งเหล็กธรรมดา นอกจากนี้แล้วยังกระทำได้โดยการนำแท่งเหล็กธรรมดาไปวางไว้ในสนามแม่เหล็กชั่วขณะหนึ่ง ทำให้แท่งเหล็กเกิดการเหนี่ยวนำแล้วมีสมบัติเป็นแม่เหล็ก ได้เช่นกัน
เหล็กและโลหะบางชนิดสามารถแสดงคุณสมบัติแม่เหล็กได้ เมื่อได้รับการเหนี่ยวนำของแม่เหล็กเกิดขึ้น เรียกว่า สารแม่เหล็ก (Magnetic Substance) แต่กลุ่มที่ไม่แสดงคุณสมบัติของแม่เหล็กได้จะเรียกว่า สารที่ไม่ใช่แม่เหล็ก (Non-magnetic Substance) ได้แก่ ทองแดง อะลูมิเนียม และสังกะสี เป็นต้น นอกจากนี้ สารแม่เหล็ก สามารถแบ่งตามลักษณะผลที่เกิดขึ้นหลังการเหนี่ยวนำได้ 2 ประเภท คือ
แม่เหล็กชั่วคราว (Temporary Magnet) หมายถึง เหล็กที่สูญเสียอำนาจดึงดูดของแม่เหล็กไป เมื่อนำออกจากสนามแม่เหล็ก ทำให้แม่เหล็กนั้นกลับคืนสู่สภาพแท่งเหล็กธรรมดา ส่วนมากเป็นพวกเหล็กอ่อน ซึ่งนำไปใช้เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ ในรถยนต์ เช่น คอยล์ (Coil) และขดลวดไฟฟ้าหรือโซลินอยด์(Solenoid)
แม่เหล็กถาวร (Permanent Magnet) หมายถึง เหล็กที่มีอำนาจดึงดูดตลอดไป ถ้าได้รับอำนาจแม่เหล็กด้วยวิธีที่ถูกต้อง ซึ่งแม่เหล็กถาวรนี้จะทำมาจากโลหะแข็งผสมเป็นส่วนใหญ่ ได้แก่ เหล็กผสมนิเกิล และโคบอลต์ผสมนิเกลและอลูมิเนียม เป็นต้น เช่น นำใช้ประกอบใน โวลต์มิเตอร์ และแอมป์มิเตอร์
กระแสไฟฟ้าเกิดจากการไหลของอิเล็กตรอน เมื่อปล่อยกระแสไหลในลวดตัวนำ มักจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้น โดยเส้นแรงแม่เหล็กจะเกิดขึ้นในลักษณะเป็นเป็นวงซ้อนๆ กันอยู่โดยรอบลวดตัวนำนั้น ถ้ากระแสไหลมากก็จะส่งผลให้มีเส้นแรงของแม่เหล็กมากขึ้นไปด้วย ซึ่งปริมาณของเส้นแรงแม่เหล็กเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสที่ไหล
ทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนแปลงไปตามทิศทางการป้อนของกระแสเข้าขดลวด ซึ่งทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กหาได้โดยการใช้กฎสกรูเกลียว หรือกฎมือขวา (Right Hand Rule)
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ามักทำให้เกิดเป็นแรงดันไฟฟ้า ซึ่งมีประโยชน์และนำไปใช้ ประกอบในอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ โดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า 3 ลักษณะ ได้แก่
การผลิตแรงดันไฟฟ้า ใช้ประโยชน์สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสตรง (D.C. Generater) ไฟฟ้ากระแสสลับ (A.C. Generater หรือ Alternator) หลักการ เบื้องต้นของไฟฟ้ากระแสตรงนั้นจะผลิตแรงดันและกระแสไฟฟ้า โดยตัวนำจะหมุนอยู่ภายในสนามแม่เหล็ก ในขณะที่ขั้วแม่เหล็กจะอยู่กับที่
หลักการเบื้องต้นของไฟฟ้ากระแสสลับ จะทำงานตรงกันข้ามกับไฟฟ้ากระแสตรงซึ่งผลิตแรงดันและกระแสไฟฟ้าได้โดยกำหนดให้แม่เหล็กเป็นสิ่งที่หมุนแทน ในขณะที่ลวดตัวนำไฟฟ้าจะหยุดนิ่งไม่เคลื่อนที่
ปริมาณของแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ ดังนี้
1. ความเข้มของสนามแม่เหล็กที่ขดลวดตัวนำตัด
2. ความเร็วของขดลวดตัวนำหรือขั้วแม่เหล็กขณะเคลื่อนที่หมุน
3. จำนวนและความยาวขดลวดตัวนำ
การเหนี่ยวนำตัวเอง (Self-Induction) เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่ไหลในขดลวดตัวนำจึงทำให้เกิดแรงดันและกระแสไฟฟ้าขึ้น โดยขณะที่กระแสไฟฟ้าไหลในขดลวด จะเกิดเป็นสนามแม่เหล็กรอบๆ ขดลวด เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าที่ไหลโดยการเพิ่ม หรือลดลงเป็นผลทำให้สนามแม่เหล็กเกิดการเหนี่ยวนำขึ้นเอง และมีแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นใน ขดลวดตัวนำได้ โดยทั่วๆ ไปแล้วมักจะเรียกขดลวดที่ใช้พันอยู่บนแกนเหล็กดังกล่าวนี้ว่า “อินดักเตอร์ (Inductor)” และคุณสมบัติที่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นเนื่องจากการเหนี่ยวนำตัวเองนี้ เรียกว่า “อินดักแตนซ์ (Inductance)”
ขอขอบคุณ https://wiki.stjohn.ac.th
