บทที่ 1

วทิ ยาลยั เทคนคิ อุดรธานี เครอื่ งกลไฟฟา้ กระแสตรง DC Machines รหสั วชิ า 20104-2006Add Text Here You can simply impress your audience and add a unique zing and appeal to your Presentations. Get a modern PowerPoint Presentation that is beautifully designed.

หน่วยท่ี 1 ทฤษฎีแม่เหล็ก 1.1 สารแมเ่ หลก็ 1.3 ความซาบ 1.5 การคานวณหาคา่ ตา่ งๆ ซึมได้ เกี่ยวกบั แมเ่ หลก็ 1.2 คา่ ตา่ งๆท่คี วรทราบ 1.4 เสน้ โคง้ เกยี่ วกบั แม่เหล็ก กาเนิดแมเ่ หลก็

จุดประสงค์เชงิ พฤติกรรม 5 คานวณหาคา่ ต่างๆเกยี่ วกับแม่เหลก็ ได้ 3 อธิบายค่าความซาบซึ้งไดไ้ ด้ 4 อธิบายเส้นโค้งกาเนิดแมเ่ หลก็ ได้ 1 อธิบายสารแม่เหลก็ ได้ 2 บอกค่าตา่ งๆที่ควรทราบเกี่ยวกับแม่เหลก็ ได้

1.1 สารแมเ่ หลก็ ในธรรมชาตนิ น้ั มีหนิ ชนิดหน่ึง ซงึ่ สามารถทีจ่ ะดึงดดู โลหะบางชนิดได้ เชน่ เหลก็ หนิ ชนิดน้เี รยี กวา่ แร่ เหล็กแมกนิไทต์ การท่แี ร่เหลก็ สามารถดึงดดู วตั ถุที่เป็นเหลก็ ไดเ้ รียกว่ามีอานาจแม่เหลก็ แมเ่ หล็กชนิดน้ีเรยี กว่า แมเ่ หล็กธรรมชาติ

1.1 สารแมเ่ หล็ก สารใดมีโมเลกลุ วางตวั แบบไม่เรียงตัวกันเส้นแรงแม่เหล็กท่เี กิดข้ึนจากการเคลอ่ื นท่ขี องอิเล็กตรอนของอะตอม สารนัน้ กจ็ ะเคลื่อนทใ่ี นทิศทางที่หกั ล้างกันไป ทาใหไ้ มส่ ามารถแสดงอานาจแมเ่ หล็กออกมาได้ ดังรูป

1.1 สารแมเ่ หล็ก สารแม่เหล็กนัน้ มีโมเลกลุ ภายในสารของมนั เองและเรยี งตัวไปในทศิ ทางเดียวกันเนื่องจากการเคลอ่ื นทขี่ อง อเิ ลก็ ตรอนไปในทิศทาง เดียวกันกท็ าให้ ผลของเสน้ แรงแมเ่ หล็กทเี่ กิดข้ึนรอบ ๆ ตัวอเิ ล็กตรอนมที ิศทางเสรมิ กัน จงึ ทาให้สารช้นิ น้ัน แสดงอานาจเป็นแม่เหลก็ ออกมาไดด้ ังรูป ดงั นัน้ สารแมเ่ หลก็ กค็ ือสารท่สี ามารถแสดงอานาจแมเ่ หลก็ ออกมาไดห้ รือสารท่ีแมเ่ หลก็ สามารถดึงดดู ได้

1.2 คา่ ต่าง ๆ ที่ควรทราบเกยี่ วกบั แมเ่ หลก็ 1.2.1 ขัว้ แม่เหล็ก (Pole) ขวั้ แม่เหล็กของแท่งแมเ่ หล็กแต่ละแท่งจะมี 2 ข้วั คอื ข้วั แมเ่ หล็กเหนอื และขั้วแม่เหลก็ ใต้ อานาจแม่เหล็กทแ่ี สดงออกมาน้นั จะเกิดไดส้ องลักษณะ คอื การผลักกนั และการดดู กนั

1.2 คา่ ต่าง ๆ ทค่ี วรทราบเกยี่ วกบั แมเ่ หลก็ 1.2.1 ขว้ั แม่เหลก็ (Pole) การทข่ี ้ัวแมเ่ หล็กผลกั กันเนื่องมาจากเส้นแรงแมเ่ หลก็ (Flux line) พ่งุ สวนทางกัน เช่น เมือ่ นาข้วั แม่เหลก็ เหนือมาวางใกลก้ บั ขั้วแมเ่ หล็กเหนอื หรอื ข้ัวแมเ่ หล็กใต้วางใกล้กับขัว้ แม่เหลก็ ใต้ก็จะเกดิ การผลักกัน ดังรูป

1.2 ค่าตา่ ง ๆ ทค่ี วรทราบเก่ยี วกบั แมเ่ หลก็ 1.2.1 ขวั้ แมเ่ หลก็ (Pole) เมอ่ื นาขว้ั แมเ่ หลก็ เหนอื มาวางใกล้กับขั้วแม่เหล็กใต้หรือขั้วแม่เหล็กใต้วางใกล้กับขว้ั แม่เหล็กเหนอื กจ็ ะเกิดการ ดดู กนั ท้ังน้ี เพราะวา่ ทางเดนิ ของเส้นแรงแม่เหล็กพ่งุ ตามกนั ดังรูป

1.2 ค่าต่าง ๆ ทค่ี วรทราบเกย่ี วกับแม่เหล็ก 1.2.2 เส้นแรงแมเ่ หล็ก และสนามแม่เหลก็ เส้นแรงแมเ่ หลก็ หมายถึง ส่วนของอานาจแมเ่ หล็ก ซง่ึ เดนิ ทางระหวา่ งข้วั แม่เหล็กท้ังสองเป็นเส้นทางท่แี น่นอน บริเวณใดทีเ่ ส้นแรงแม่เหลก็ เดนิ ทางผ่าน บรเิ วณ นั้นจะมอี านาจแมเ่ หลก็ และเรียกว่า สนามแมเ่ หล็ก

1.2 คา่ ต่าง ๆ ทคี่ วรทราบเกย่ี วกับแม่เหล็ก 1.2.2 เส้นแรงแมเ่ หลก็ และสนามแม่เหลก็ อานาจแมเ่ หล็กทีแ่ สดงออก เช่น การดึงดดู วตั ถทุ เ่ี ป็นเหล็ก จะแสดงไดใ้ นบริเวณท่มี ีเสน้ แรงแมเ่ หล็กเดินทางไป ถงึ หรือบริเวณท่มี สี นามแม่เหล็กเทา่ น้นั ลกั ษณะของสนามแม่เหล็กท่เี กดิ ขึ้นจากเส้นแรงแม่เหลก็ จะพุ่งออกจาก ขว้ั แม่เหลก็ เหนอื ไปส่ขู ้ัวแมเ่ หล็กใต้ ดงั รูป

1.2 ค่าตา่ ง ๆ ที่ควรทราบเก่ยี วกบั แมเ่ หล็ก 1.2.2 เสน้ แรงแม่เหล็ก และสนามแม่เหลก็ แรงแม่หล็กใช้อกั ษรกรีกแทนด้วย (Phi) โดยหน่วยของเส้นแรงแมเ่ หล็กคือ เวเบ (Weber หรอื wb) ซึง่ 1 เว เบอร์เท่กบั จานวนเสน้ แรงแม่เหล็กจานวน 100 ล้านเส้น นัน่ คือ จานวนเส้นแรง- แมเ่ หลก็ 1 Wb 108มคี า่ เทา่ กบั เส้น นอกจากนี้หน่วยของเส้นแรงแมเ่ หลก็ อีกหนว่ ยหนึ่ง คอื แมกซเ์ วลล์ (Maxwell หรือ Mx) เปน็ หนว่ ยเล็กท่สี ดุ เพราะเสน้ แรงแม่เหล็กจานวน 1 แมกซ์เวลลเ์ ทา่ กบั จานวนเส้นแรง- แม่เหลก็ 1 เสน้

1.2 ค่าตา่ ง ๆ ทค่ี วรทราบเกีย่ วกบั แม่เหล็ก 1.2.3 ความหนาแนน่ ของเสน้ แรงแมเ่ หล็ก หมายถึง จานวนของเส้นแรงแมเ่ หล็กต่อหนว่ ยพน้ื ที่ อกั ษรย่อท่ีใชแ้ ทนความหมายของความหนาแนน่ ของเส้นแรงแม่เหล็กคอื B หน่วยความหนาแน่นของเสน้ แรง แมเ่ หล็กคือ เทสลา (Tesla หรือ T) ความหนาแน่นของเส้นแรงแม่เหล็กจานวน 1 เทสลา คอื จานวนของเสน้ แรงแมเ่ หล็ก 1 เวเบอรต์ ่อพ้นื ท่ี 1 ตารางเมตร

1.2 ค่าต่าง ๆ ที่ควรทราบเกย่ี วกับแมเ่ หล็ก 1.2.3 ความหนาแนน่ ของเสน้ แรงแม่เหลก็ เขยี นเปน็ สมการไดด้ ังนี้ B= B = ความหนาแนน่ ของเส้นแรงแม่เหล็กหน่วยเปน็ วีเบอรต์ อ่ ตารางเมตรหรือเทสลา่ = เส้นแรงแมเ่ หล็กมีหนว่ ยเปน็ เวเบอร์ A = พน้ื ที่หน้าตดั ทแี่ สดงเส้นแรงแม่เหล็กผา่ น หน่วยเปน็ ตารางเมตร

1.2 คา่ ตา่ ง ๆ ทค่ี วรทราบเก่ยี วกบั แม่เหล็ก 1.2.4 แรงดันแม่เหล็ก (Magneto motive force) หมายถงึ แรงดันซ่ึงทาให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก หนว่ ยของแรงดันแมเ่ หลก็ คือ แอมแปร์-รอบ (At) แอมแปร์คอื หน่วยของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ขดลวด รอบคอื จานวนรอบของขดลวด

1.2 คา่ ตา่ ง ๆ ทคี่ วรทราบเกี่ยวกบั แม่เหลก็ 1.2.4 แรงดนั แม่เหลก็ (Magneto motive force) เขียนเปน็ สมการไดด้ ังน้ี = IN = แรงดันแมเ่ หลก็ หนว่ ยเปน็ แอมแปร์-รอบ At I = กระแสไฟฟ้ามีหน่วยเป็นแอมแปร์ A N = จานวนรอบของขดลวดหน่วยเปน็ รอบ t

1.2 ค่าตา่ ง ๆ ท่คี วรทราบเกย่ี วกบั แมเ่ หลก็ 1.2.5 ความเขม้ ของสนามแม่เหลก็ (Magnetic field intensiy) หมายถงึ แรงดันแมเ่ หลก็ ท่ีทาให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กต่อระยะทางเฉลยี่ ทีเ่ สน้ แรงแมเ่ หล็กเดนิ ทางผ่านโดยหนว่ ยของ ความเขม้ ของสนามแม่เหล็ก คอื แอมแปร-์ รอบต่อเมตร เขียนเป็นสมการได้ดงั นี้

1.3 ความซาบซมึ ได้ ความชาบซึมได้ หมายถงึ คณุ สมบตั ิของตวั กลางท่ียนิ ยอมให้เสน้ แรงแม่เหลก็ ผ่านไปได้มากหรือน้อยเพยี งใด ซ่ึงใชส้ ญั ลักษณ์ (เปน็ อกั ษรกรีก อา่ นว่า มวิ ) หรอื บางครั้งค่าความชาบซึมไดเ้ ป็นค่าอัตราส่วนระหว่างความหนาแนน่ ของเสน้ แรง แมเ่ หลก็ ตอ่ ความเข้มของสนามแม่เหลก็ ดังน้ัน

1.3 ความซาบซมึ ได้ ความชาบซึมได้ โดยความซาบซึมไดข้ องสารแตล่ ะชนิด ประกอบด้วย 1.3. 1 ความซาบซึมไดข้ องอากาศ (Permeability of air) หมายถงึ ความซาบซึมไดข้ องอากาศท่ีไม่มี เสน้ แรงใด ๆ มาเก่ยี วข้อง หรือบางคร้ังเรยี กว่า ค่าคงทีข่ องแมเ่ หล็ก (Magnetic constant) ใชส้ ัญลกั ษณ์ น. ซ่งึ มคี ่าเท่ากับ 4 X หน่วยเปน็ เฮนรตี่ อ่ เมตร (H/m) 1.3.2 ความซาบซมึ ได้สมั พทั ธ์ (Relative permeabilit) หมายถึง ความซาบซึมได้ของสารอื่น ๆ ท่ี ยอมใหเ้ ส้นแรงแมเ่ หล็กผา่ นได้เป็นกี่เทา่ ของอากาศเมื่อมคี วามเขม้ ของ สนามแมเ่ หล็กเทา่ กนั ใช้สัญลกั ษณ์ หรืออาจจะกล่าวอกี อยา่ งหนึ่งวา่ เปน็ ค่าอัตราส่วนระหว่างคา่ ความซาบซึม ได้กับค่าความซาบซมึ ไดข้ องอากาศ ดังน้ัน

1.3 ความซาบซมึ ได้ ความชาบซึมได้ 1.3.2 ความซาบซึมได้สมั พัทธ์ (Relative permeabilit) จากสมการจะเหน็ วา่ ความหนาแน่นของเสน้ แรงแมเ่ หล็กจะมากหรอื น้อยน้นั ขนึ้ อยกู่ บั ค่า หรือ ของสารนนั้ 1 ซ่ึงคา่ ความซาบ ซึมไดส้ มั พทั ธ์ของสารต่าง ๆ นนั้ แสดงดงั ตารางดงั น้ี

1.3 ความซาบซึมได้ ความชาบซมึ ได้ 1.3.2 ความซาบซึมได้สมั พัทธ์ (Relative permeabilit)

1.3 ความซาบซึมได้ ความชาบซึมได้ 1.3.2 ความซาบซมึ ได้สัมพัทธ์ (Relative permeabilit) โดยคาความชาบซมึ ไดส้ ัมพัทสามารถแบง่ สรแม่เหลก็ ออกได้เป็น 3 ชนิด คอื 1. สารชนดิ ไดอาแมกเนตกิ (Damagneic) เปน็ สารท่ีมีคา่ น้อยกวา่ 1 เช่น ทองแดง เงิน เป็นต้น ซึง่ จะเกิดคา่ สนามแมเ่ หล็ก น้อยมาก 2. สารชนิดพาราแมกเนดกิ (Paamagnetc) เปน็ สารที่มีค่า ประมาณท่ากบั 1 หรือมากกวา่ 1 เล็กนอ้ ย เชน่ อากาศ อะลุมิ เนียม ซง่ึ อาจจะกาหนดให้ว่ามคี า่ คงท่ี ประมาณเท่ากับ 1 3. สารชนิดเฟอรโ์ รแมกเนตกิ (Frromagneic) เป็นสาทม่ี ีคา่ ประมาณมากกว่า 100-1000000 ซ่งึ ข้ึนอย่กู บั ชนิดของสาร แม่เหลก็ เชน่ นิกกิล เหล็กกล้าซลิ ิคอน เปน็ ดัน

1.3 ความซาบซมึ ได้ ความชาบซึมได้ 1.4 เสน้ โค้งกาเนดิ แม่เหลก็ เปน็ เส้นโค้งที่แสดงความสมั พนั ธ์ระหว่างความหนาแนน่ ของเส้นแรงแมเ่ หลก็ B กับความเขม้ ของสนามแม่เหล็ก (H) โดยความเขม้ ของสนามแมเ่ หลก็ จะข้นึ อย่กู ับค่กระแสไฟฟ้ I และจานวนรอบทพี่ นั ของขดลวด ที่พนั อยู่บนแกนของสารทเี่ ป็นสาร แมเ่ หลก็ ถ้ากาหนดให้ความยาวเฉล่ีย ของแกน และจานวนรอบที่พนั มีคา่ คงที่ ดังรปู

1.3 ความซาบซึมได้ ความชาบซึมได้ 1.4 เสน้ โคง้ กาเนิดแมเ่ หล็ก จะเห็นว่าเม่อื ให้ H เร่ิมจากคา่ ศนู ย์และใหม้ ีคา่ เพิ่มข้ึนท่คี ่านึงเพียงเล็กน้อย ซ่ึงกจ็ ะสงผลให้คา่ B มีค่าเพิม่ ขน้ึ อย่าง รวดเร็ว เป็นระยะจาก a ไป b และเมอื่ ให้ H เพิม่ ขน้ึ อีก โดยสารแมเ่ หลก็ น้นั สรา้ งปริมาณเส้นแรงแม่เหล็ก เพ่มิ ขน้ึ จากเดมิ อกี เล็กน้อย จึงทาให้ B เพ่มิ ข้นึ อกี เล็กนอ้ ย เช่นกนั เรยี กวา่ การอมิ่ ตวั ของสารแมเ่ หลก็ (Saturation) ซึ่งเป็นระยะจาก b ไป c ถา้ นาเส้นโค้งที่แสดงความสัมพันธร์ ะหว่าง B กับ H มาเขยี นกราฟจะได้เสน้ โคง้ B-H (B-H curve)

1.3 ความซาบซึมได้ ความชาบซึมได้ 1.4 เสน้ โค้งกาเนดิ แม่เหล็ก วัสดุแต่ละชนิดทเ่ี ป็นสารแมเ่ หลก็ จะมีลักษณะเสน้ โค้ง B H ท่ีคลา้ ยคลึงกันแตจ่ ะมีความหนาแน่นของเสน้ แรง แมเ่ หล็กต่างกนั โดยท่ีความเขม้ ของสนามแมเ่ หล็กเท่ากนั ท้ังนเี้ พราะว่าวสั ดุท่เี ป็นสารแม่เหล็กมี ค่าความซาบซึมได้ไมเ่ ทา่ กัน ถา้ สารชนิดใดมีค่าความซาบซมึ ได้มากกว่า ก็จะใหค้ วามหนาแน่นของเส้นแรง- แม่เหล็กมากกว่า จะเห็นว่าท่ีค่าความเขม้ ของสนามแม่เหล็กเท่ากัน ความหนาแนน่ ของ เส้นแรงแมเ่ หล็กของเหล็กแผ่นมากกวา่ เหลก็ หล่อเหนยี ว และเหล็กหลอ่ เหนียวก็มากกว่าเหลก็ หล่อตามลาดบั ท้ังนี้ เพราะว่าคา่ ความซาบซมึ ได้ของเหลก็ แผน่ จะมากกว่าเหล็กหล่อเหนยี ว และเหลก็ หล่อ เหนยี วกม็ ากกว่า เหลก็ หลอ่ ตามลาดับน่นั เอง

1.3 ความซาบซมึ ได้ ความชาบซมึ ได้ 1.4 เส้นโคง้ กาเนดิ แม่เหล็ก

1.3 ความซาบซึมได้ ความชาบซมึ ได้ 1.5 การคานวณหาคา่ ต่าง ๆ เก่ียวกับแมเ่ หลก็ ตัวอย่างท่ี 1.1 แม่เหลก็ แทง่ หนึ่งมพี ื้นทห่ี นา้ ตัด 40 cm' และมีเสน้ แรงแม่เหล็กท่ีขัว้ 2 mW จงคานวณหาความหนาแนน่ ของเส้นแรงแมเ่ หล็ก

1.3 ความซาบซมึ ได้ ความชาบซึมได้ 1.5 การคานวณหาคา่ ต่าง ๆ เก่ยี วกับแม่เหลก็ ตัวอยา่ งที่ 1.2 ขดลวดทองแดงพันรอบแกนเหล็กจานวน 120 รอบ โดยมีระยะทางเฉล่ียท่เี ส้นแรง แม่เหล็กเดนิ ทางผา่ น 12 cm ถ้ามีกระแสไฟฟา้ ไหลผ่านขดลวด 3 A จงคานวณหา ก. แรงดนั แม่เหลก็ ข. ความเขม้ ของสนามแม่เหล็ก

THANK YOU Insert the Sub Title of Your Presentation