หน่วยที่ 1

หนว่ ยที่ 1 แมเ่ หลก็ และแม่เหลก็ ไฟฟา้ 1.1 บทนา ข้วั แมเ่ หลก็ ของแทง่ แมเ่ หล็กแต่ละแท่งจะมี 2 ขัว้ คอื ขว้ั เหนอื (N) และขัว้ ใต้ (S) อำนำจแม่เหล็กท่แี สดงออกมำน้นั จะเกิดได้ สองลักษณะ คือ กำรผลักกัน และกำรดูดกัน โดยที่ขั้วแม่เหล็กจะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก ซึ่งบริเวณที่มีอำนำจแม่เหล็กจะ เรียกว่ำ สนามแม่เหล็ก นอกจำกน้ี เมื่อจ่ำยกระแสไฟฟ้ำให้กับตัวนำก็จะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กรอบตัวนำ โดยกำรหำ ทิศทำงของเส้นแรง-แม่เหล็กรอบตวั นำจะใช้กฎมือขวำกำรอบตวั นำ และเมื่อจ่ำยกระแสไฟฟ้ำใหก้ ับขดลวด ผลจะทำให้เกิด สนำมแม่เหล็กของขดลวดข้ึนในแตล่ ะรอบและจะคล้องกับสนำมแม่เหลก็ ของรอบที่อยู่ติดกัน โดยผลรวมของสนำมแม่เหล็ก ทั้งหมดของทุกรอบ จะทำให้ขดลวดกลำยเป็นข้ัวแม่เหล็กสองข้ัว ส่วนกำรเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ำจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ำ เหนีย่ วนำตนเอง แรงดันไฟฟ้ำเหน่ยี วนำรว่ ม 1.2 ข้ัวแม่เหล็กโลก เข็มทิศใชบ้ อกทศิ ทำงโดยข้ัวเหนือของเข็มไปทำงทิศเหนือเสมอ น่คี ือปรำกฏกำรณ์ปกติ ด้วยเหตุผลทว่ี ำ่ โลกหมุนรอบ ตัวเอง ในขณะที่โลกโคจรรอบดวงอำทิตย์เน่ืองจำกมวลของโลกมีขนำดใหญ่มำก เม่ือหมุนรอบตัวเองขณะที่โคจรอยู่จึงเกดิ สนำมแมเ่ หล็กรอบตัวเองคล้ำยปรำกฏกำรณ์ของกำรหมุนและโคจรของอิเล็กตรอน สนำมแมเ่ หล็กดังกล่ำวคือสนำมแม่เหล็ก โลก โดยจะเกิดขัว้ แมเ่ หล็กขั้วใต้ (S) ทีข่ ว้ั โลกเหนือตำมแผนท่โี ลกและจะเกดิ ขั้วแมเ่ หล็กข้ัวเหนือ (N) ท่ีข้วั โลกใตต้ ำมแผนที่ โลก ข้วั แมเ่ หลก็ ท่ีเกิดนเ้ี รยี กว่ำข้ัวแมเ่ หลก็ โลกซ่งึ ปกตจิ ะทำมมุ ประมำณ 23 องศำกบั แกนข้ัวโลก ดังแสดงในรปู ที่ 1.1 ขว้ั ใตข้ องแมเ่ หลก็ โลก ขว้ั โลกเหนอื ตามแผนท่ี ขว้ั โลกใตต้ ามแผนท่ี ขวั้ เหนือของแม่เหลก็ โลก รูปท่ี 1.1 แสดงขว้ั โลกเหนือใต้ของแผนทโ่ี ลกกับกำรเกดิ แม่เหล็กโลก 1.3 สารแม่เหล็ก ในธรรมชำตินั้นมหี ินชนิดหนึ่ง ซึง่ สำมำรถดึงดูดโลหะบำงชนิดได้ เชน่ เหลก็ หนิ ชนดิ นเ้ี รยี กว่ำ แรเ่ หลก็ แมกนิไทต์ กำรที่แร่เหล็กท่ีมันสำมำรถดึงดดู วัตถุที่เป็นเหล็กได้เรำเรยี กว่ำมันมีอำนำจแม่เหล็ก และแม่เหล็กชนิดนี้เรำเรยี กว่ำแม่เหล็ก ธรรมชำติ

ในสำรทไ่ี ม่เป็นแม่เหล็กน้ัน ถ้ำสำรใดมีโมเลกุลวำงตัวแบบไม่เรียงตัวกันเส้นแรงแม่เหล็กทเี่ กิดข้ึนจำกกำรเคลื่อนท่ีของ อิเล็กตรอนของอะตอมสำรนั้นก็จะเคล่ือนท่ใี นทศิ ทำงทห่ี ักล้ำงกนั ไป ทำให้ไมส่ ำมำรถแสดงอำนำจแม่เหล็กออกมำได้ ดังรูป ที่ 1.2 (ก) ในทำนองเดยี วกันถ้ำสำรแม่เหล็กนัน้ มโี มเลกุลภำยในสำร ของมันจะเรยี งตัวไปในทศิ ทำงเดียวกัน เน่ืองจำกกำร เคล่ือนที่ของอิเล็กตรอนไปในทิศทำงเดียวกัน ทำให้ผลของเส้นแรงแม่เหล็กท่ีเกิดขึ้นรอบ ๆ ตัวอิเล็กตรอนมีทิศทำงเสริมกนั สำรช้ินน้ันจึงแสดงอำนำจเป็นแม่เหล็กได้ ลักษณะกำรเป็นสำรแม่เหล็กนั้น โมเลกุลภำยในสำรดังกล่ำวต้องจัดเรียงตัวกัน อย่ำงเป็นระเบยี บเท่ำนัน้ (ประเสริฐ ป่ินปฐมรฐั , 2549: 177) ดังแสดงในรปู ท่ี 1.2 (ข) SN NS N S S NS N N S N S S N N S NS S NN SN S SN (ก) เมื่อสำรน้นั โมเลกลุ ไมเ่ รียงตัวกันจะไมแ่ สดงอำนำจแม่เหล็ก N SN SN SN S N SN SN SN S N SN SN SN S N SN SN SN S (ข) เมอื่ โมเลกุลของสำรแมเ่ หล็กเรียงตัวกันได้ จะเกิดอำนำจแม่เหล็ก รูปที่ 1.2 แสดงคุณสมบตั ิกำรเรยี งตวั กันของโมเลกุลสำรแมเ่ หล็ก สรุป สารแม่เหล็ก คอื สำรท่สี ำมำรถแสดงอำนำจแม่เหล็กออกมำได้ หรอื สำรท่แี ม่เหลก็ สำมำรถดงึ ดูดได้ 1.4 คา่ ต่าง ๆ ทค่ี วรทราบเกย่ี วกบั แม่เหล็ก 1.4.1 ข้ัวแมเ่ หลก็ (Pole) ขั้วแม่เหล็กของแท่งแมเ่ หล็กแต่ละแทง่ จะมี 2 ขั้ว คือข้ัวเหนือและข้ัวใต้ อำนำจแม่เหล็กที่แสดงออกมำนั้นจะเกิดได้สอง ลักษณะ คือ กำรผลักกันและกำรดูดกัน กำรท่ีข้ัวแม่เหล็กผลักกันเนื่องมำจำกเส้นแรงแม่เหล็ก (Flux line) พุ่งสวนทำงกัน เช่น เม่ือนำข้วั เหนือมำวำงใกล้กับขั้วเหนอื หรอื ข้วั ใต้วำงไว้กับขั้วใต้ กจ็ ะเกดิ กำรผลักกัน (ประเสรฐิ ปิ่นปฐมรัฐ, 2549: 182-183) ดังรูปท่ี 1.3 (ก) ในทำนองเดยี วกันเม่ือนำข้ัวเหนือ มำวำงใกล้กับขั้วใต้ หรือข้ัวใต้วำงไว้กับข้ัวเหนือก็จะเกิดกำรดูดกัน ท้ังน้ีเพรำะว่ำ ทำงเดินของเส้นแรงแม่เหลก็ พุ่งตำมกนั ดังรูปที่ 1.3 (ข) และ รูปท่ี 1.3 (ค)

N SS N S NN S (ก) แสดงกำรผลักกันของขัว้ แมเ่ หล็ก NSNS (ข) แสดงทำงเดินของเส้นแรงแมเ่ หลก็ พุ่งตำมกัน รูปท่ี 1.3 แสดงกำรผลกั กันและดดู กันของขั้วแมเ่ หล็ก N SN S (ค) แสดงกำรดดู กันของข้ัวแมเ่ หล็ก รปู ท่ี 1.3 แสดงกำรผลักกันและดูดกนั ของขว้ั แม่เหลก็ (ต่อ)

1.4.2 เส้นแรงแม่เหล็ก สนามแม่เหล็ก และ ฟลักซ์แม่เหลก็ 1. เส้นแรงแม่เหล็ก หมำยถึง ส่วนของอำนำจแม่เหล็กซึ่งเดินทำงระหว่ำงข้ัวแม่เหล็กทั้งสองเป็นเส้นทำงท่ี แน่นอน บริเวณใดท่ีเส้นแรงแมเ่ หล็กเดินทำงผ่ำนบริเวณนั้นจะมีอำนำจแม่เหล็กและเรียกว่ำ สนามแม่เหล็ก (Magnetic field) โดยปกติอำนำจแม่เหล็กท่ีแสดงออก เช่น กำรดึงดูดวัตถุท่ีเป็นเหล็ก เป็นต้น และจะแสดงได้ในบริเวณท่ีมีเส้นแรงแม่เหล็ก เดนิ ทำงไปถึง หรอื บรเิ วณทีม่ สี นำมแมเ่ หล็กเท่ำนน้ั (ประเสริฐ ปิน่ ปฐมรัฐ, 2549: 178) ลกั ษณะของสนำมแม่เหลก็ ท่เี กดิ ข้ึนจำกเสน้ แรงแม่เหลก็ จะพุ่งออกจำกขวั้ เหนอื ไปสู่ขวั้ ใต้ ดงั รูปที่ 1.4 NS รูปท่ี 1.4 แสดงเสน้ แรงแมเ่ หล็กจำกแทง่ แมเ่ หล็ก 2. ฟลกั ซ์แม่เหล็ก หมำยถงึ จำนวนของเส้นแรงแมเ่ หล็กทงั้ หมดท่เี กิดข้ึนจำกข้ัวแม่เหล็กท้ังสอง ฟลักซ์แม่เหล็ก ใช้อักษรกรีกแทนว่ำ  (Phi) หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กคือ เวเบอร์ (Weber หรือ Wb ) ซึ่ง 1 เวเบอรเ์ ท่ำกับจำนวนเส้นแรง แม่เหลก็ จำนวน 100 ล้ำนเส้น เขียนเป็นสมกำรไดว้ ำ่ 1 Wb = 108 lines (1.1) หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็ก อีกหน่วยหน่งึ คือ แมกซเ์ วลล์ (Maxwell หรือ Mx) เปน็ หนว่ ยเลก็ ท่สี ุด เพรำะฟลกั ซแ์ ม่เหล็ก จำนวน 1 แมกซ์เวลล์เท่ำกับเส้นแรงแมเ่ หล็ก 1 เส้น 1.4.3 ความหนาแนน่ ของฟลกั ซ์แม่เหล็ก ควำมหนำแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก หมำยถึง จำนวนของฟลักซ์แม่เหล็กต่อหน่วยพ้ืนที่ อักษรย่อท่ีใช้แทน ควำมหมำยของควำมหนำแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กคือ B หน่วยของควำมหนำแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กคือ เทสลำ (Tesla หรือ T) ควำมหนำแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กจำนวน 1 เทสลำ คือ จำนวนของฟลักซ์แม่เหล็ก 1 เวเบอร์ต่อพื้นที่ 1 ตำรำงเมตร (ประเสริฐ ป่ินปฐมรัฐ, 2549: 179) เขียนเปน็ สมกำรไดด้ งั น้ี B= Φ (1.2) A

เม่อื B = ควำมหนำแนน่ ของฟลักซ์แมเ่ หลก็ หน่วยเปน็ เวเบอร์ต่อตำรำงเมตร ( Wb ) หรือ เทสลำ (T) m2  = ฟลกั ซ์แมเ่ หลก็ หนว่ ยเป็น เวเบอร์ (Wb) A = พื้นทหี่ น้ำตัดทีฟ่ ลกั ซแ์ มเ่ หลก็ ผำ่ น หน่วยเปน็ ตำรำงเมตร (m2) ตัวอยา่ งท่ี 1.1 แมเ่ หล็กแท่งหน่ึงมีพื้นทีห่ น้ำตดั 40 cm2 และมฟี ลกั ซแ์ ม่เหล็กทีข่ ้ัว 2 mWb จงคำนวณหำ ควำมหนำแน่นของฟ ลักซแ์ ม่เหล็ก วิธีทา โจทยก์ ำหนดให้ A = 40 cm2 = 40  10−4 m2  = 2 mWb = 2  10−3 Wb B = Φ A 2 10−3 = 40  10−4 = 0.5 ควำมหนำแนน่ ของฟลักซแ์ ม่เหล็ก มคี ่ำ = 0.5 T ตอบ 1.4.4 แรงเคลอื่ นแม่เหลก็ (Magneto motive force) แรงเคลื่อนแม่เหล็ก (m.m.f.) คือ แรงเคลื่อนซึ่งทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็ก หน่วยของแรงเคล่ือนแม่เหล็ก คือ แอมแปร์−เทอน (A−T) เม่ือแอมแปร์ คือ หน่วยของกระแสไฟฟ้ำท่ีไหลผ่ำนขดลวดและเทอน คือ จำนวนรอบของขดลวด เขยี นเป็นสมกำรได้ดังน้ี m.m.f. = IN (1.3) เมือ่ m.m.f. = แรงเคล่ือนแม่เหลก็ I = กระแสไฟฟ้ำ N = จำนวนรอบของขดลวด

ตวั อย่างที่ 1.2 ขดลวดทองแดงพันรอบแกนเหลก็ จำนวน 120 รอบ ถ้ำมกี ระแสไหลผำ่ นขดลวด 3 A จงคำนวณหำ แรงเคล่ือน แมเ่ หล็ก วธิ ีทา โจทยก์ ำหนดให้ N = 120 รอบ และ I = 3 A m.m.f. = IN = 3  120 = 360 แรงเคลื่อนแม่เหล็กมคี ำ่ = 360 A−T ตอบ 1.4.5 ความเข้มของสนามแมเ่ หลก็ (Magnetic field intensity) ควำมเข้มของสนำมแม่เหล็ก (H) คือ แรงเคลื่อนแม่เหล็กท่ีทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็ก ตอ่ ระยะทำงเฉลี่ยท่ีฟลักซ์ แมเ่ หล็กเดนิ ทำงผ่ำน โดยหน่วยของควำมเขม้ ของสนำมแมเ่ หล็ก คอื แอมแปร์−เทอน ต่อ เมตร (ไชยชำญ หนิ เกิด, 2551: 23) เขยี น เป็นสมกำรไดด้ งั นี้ H = m.m.f . (1.4) l H = IN (1.5) l เมื่อ H = ควำมเขม้ ของสนำมแมเ่ หลก็ m.m.f. = แรงเคล่อื นแม่เหล็ก l = ระยะทำงเฉล่ยี ท่ฟี ลกั ซ์แม่เหลก็ เดินทำงผ่ำน 1.5 ผลของสนามแม่เหลก็ จากกระแสไฟฟา้ ในปี ค.ศ. 1819 แฮนด์ คริสเตียน เออสเตด (Hans Cristian Oersted) ได้ค้นพบควำมสัมพันธ์ระหว่ำงสนำมแม่เหล็กบน ตวั นำ กบั กระแสไฟฟ้ำเมื่อไหลผ่ำนตัวนำ โดยกำรจำ่ ยกระแสผ่ำนเส้นลวดตัวนำเส้นหน่ึง และเขม็ ทิศทำงท่ีวำงอยู่ใกล้ ๆ เส้น ลวด เมื่อยงั ไมม่ ีกระแสไฟฟ้ำเข็มทศิ จะชีใ้ นแนวทศิ เหนือ -ใต้ ซง่ึ ขนำนกบั สำยตวั นำ ดังรปู ท่ี 1.5 (ก) และเม่ือจ่ำยกระแสใหก้ ับ ตัวนำ เข็มทิศ จะบ่ำยเบนในตำแหน่งตั้งฉำกกับตัวนำ ดังรูปท่ี 1.5 (ข) นั้นหมำยควำมว่ำ เกิดสนำมแม่เหล็กขึ้นที่ตัวนำเมื่อ ตวั นำนน้ั มกี ระแสไฟฟำ้ ไหลผำ่ น

ตวั นา ทศิ ทางของกระแส เข็มทศิ (ก) ตัวนำเม่อื ยังไมม่ กี ระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำน (ข) ตัวนำเม่ือมีกระแสไฟฟำ้ ไหลผำ่ น เขม็ ทิศจะชใ้ี นแนวทศิ เหนือ-ใต้ เข็มทศิ จะบ่ำยเบนอยใู่ นแนวต้ังฉำกกับตวั นำ รปู ท่ี 1.5 กำรทดลองของเออสเตดเม่อื ไม่มีและมีกระแสไหลผำ่ นตัวนำ (ธวัชชยั อัตถวิบลู ย์กุล, 2546: 3) เม่อื ทำกำรทดลอง โดยกำรใชผ้ งตะไบเหลก็ เป็นตวั แสดงทศิ ทำงของเส้นแรงแม่เหลก็ ท่ีเกิดขึน้ โดยใชแ้ ผ่นพลำสติกใสเจำะ รูตรงกลำงพอท่ีสอดแท่งตัวนำได้ จำกนั้นต่อปลำยทั้ง 2 ของตัวนำกับแบตเตอร่ตี ัวหน่ึง เมื่อให้กระแสไฟฟ้ำไหลเข้ำสู่ตัวนำ และโปรยผงตะไบเหล็กลงไปบริเวณรอบ ๆ แท่งตัวนำบนแผ่นพลำสติกและเคำะแผ่นพลำสติกเบำ ๆ เพื่อให้ผงตะไบ เคลื่อนไหวได้ จะเห็นว่ำ ผงตะไบเริ่มวำงตัวตำมทิศทำงเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเป็นลักษณะวงกลมรอบ ๆ ตัวนำ นั้น โดยบริเวณใจกลำงจะมคี วำมหนำแน่นมำกและจดุ บรเิ วณท่ีห่ำงออกไกล ๆ นน้ั ก็จะมเี ส้นแรง-แมเ่ หล็กเบำบำงลง ดงั แสดงใน รูปที่ 1.6 ทศิ ทางของกระแส ผงตะไบเหลก็ เสน้ แรงแม่เหลก็ ตวั นา รอบตวั นา รปู ที่ 1.6 กำรทดลองให้เหน็ เส้นแรงแมเ่ หลก็ ท่ีเกดิ ขน้ึ รอบตัวนำเมอ่ื มกระแสไฟฟ้ำ ไหลผำ่ นตวั นำโดยใชผ้ งตะไบเหลก็ (ธวชั ชยั อตั ถวิบูลยก์ ุล, 2546: 4)

ในกำรหำทิศทำงของเส้นแรงแม่เหล็กท่ีเกิดข้ึนกับตัวนำ สำมำรถหำได้โดยใช้กฎมือขวำของตัวนำ (Right-hand rule for conductor) โดยกำหนดใหก้ ำมือขวำรอบตัวนำและให้ทิศทำงของนิ้วหวั แมม่ ือช้ไี ปตำมทศิ ทำงกระแสไฟฟ้ำที่ไหลผ่ำนตวั นำ นว้ิ ทั้งสี่ที่กำรอบตัวนำจะแสดงทิศทำงของเส้นแรงแม่เหลก็ ทเ่ี กดิ รอบ ๆ ตัวนำ ดงั รูปท่ี 1.7 หวั แมม่ ือแทน นิว้ ทง้ั สแ่ี ทนทศิ ทาง ทิศทางกระแส สนามแม่เหลก็ รูปท่ี 1.7 กฎมือขวำของตัวนำเพื่อหำทศิ ทำงของเสน้ แรงแม่เหล็กรอบตัวนำ (ธวชั ชัย อตั ถวบิ ูลย์กุล, 2546: 4) 1.6 สนามแม่เหลก็ รอบตัวนาเม่ือมกี ระแสไฟฟ้าไหลผ่าน จำกที่ได้กล่ำวมำแล้วว่ำ ตัวนำเมื่อมีกระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำนจะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กรอบตัวนำ มีลักษณะเป็น วงกลม โดยจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กที่เกิดข้ึนจะแปรตำมกับจำนวนกระแสท่ีไหลผ่ำนตัวนำ เพื่อควำมสะดวกในกำรหำเส้นแรง แม่เหล็กรอบตัวนำก็สำมำรถแสดงภำพในลักษณะ พ้ืนที่หน้ำตัดของตัวนำได้ โดยให้กระแสไหลเข้ำตวั นำแทนด้วยเครื่องหมำย กำกบำท () ดังรูปท่ี 1.8 (ก) ซ่ึงแทนดว้ ยหัวแมม่ ือชี้เข้ำ และใหก้ ระแสไหลออกจำกตวั นำ แทนดว้ ยเคร่ืองหมำยจุด (•) ซ่งึ แทนดว้ ยหวั แม่มือช้ีออก ดงั รูปท่ี 1.8 (ข) โดยนวิ้ ทงั้ สจี่ ะแทนดว้ ยเส้นแรงแมเ่ หล็กรอบตัวนำ จำกรปู ที่ 1.8 (ก) และ (ข) จะ เห็นว่ำถ้ำกระแสไหลเขำ้ ตัวนำ ทิศทำงของสนำมแม่เหล็กจะตำมเข็มนำฬิกำ และถ้ำให้กระแสไหลออกจำกตัวนำทิศทำงของ สนำมแม่เหล็กจะทวนเข็มนำฬิกำ เสน้ แรงแม่เหลก็ รอบตวั ทิศทาง ทศิ ทาง กระแส กระแส (ก) กระแสไหลเขำ้ พนื้ ท่ีหน้ำตดั ตวั นำ (ข) กระแสไหลออกจำกพ้นื ท่หี น้ำตดั ตัวนำ รูปที่ 1.8 แสดงพืน้ ทห่ี นำ้ ตัดของตัวนำเมอื่ มีกระแสไหลเข้ำและออก

1.7 สนามแม่เหลก็ รอบขดลวดเม่อื มกี ระแสไฟฟา้ ไหลผ่าน ถ้ำนำเส้นลวดตัวนำมำพันเป็นขดลวด (กำหนดให้เป็นแกนอำกำศ) แล้วนำปลำยท้ังสองมำต่อเข้ำกับแหล่งจ่ำยไฟฟ้ำ กระแสตรงตำมทิศทำงของกระแสท่ีกำหนดให้ ดังรูปท่ี 1.9 ผลจะทำให้เกิดสนำมแม่เหล็กของขดลวดขึ้นในแตล่ ะรอบและจะ คล้องกับสนำมแม่เหล็กของรอบท่ีอยู่ติดกัน โดยผลรวมของสนำมแม่เหล็กท้ังหมดของทุกรอบจะทำให้ขดลวดกลำยเป็น ขว้ั แมเ่ หลก็ สองขั้ว โดยทำงด้ำนซำ้ ยมือเป็นข้ัวแมเ่ หลก็ เหนือ สว่ นทำงดำ้ นขวำมอื เป็นขั้วแมเ่ หล็กใต้ ทศิ ทางของ S N สนามแม่เหลก็ ทิศทางกระแส ทศิ ทางกระแส รูปที่ 1.9 สนไำหมลแอมอเ่ หกลก็ รอบขดลวดเมื่อมีกระไหแลสไเขฟา้ฟ้ำไหลผ่ำน (ธวชั ชยั อตั ถวบิ ลู ย์กุล, 2546: 8) ในกำรหำทิศทำงของขั้วแมเ่ หล็กทเ่ี กดิ ขน้ึ ทขี่ ดลวดเมื่อมกี ระแสไหลผ่ำน จะใช้กฎมือขวำของขดลวด (Right-hand rule for coil) ซง่ึ กล่ำวว่ำ กำขดลวดด้วยมือขวำโดยนวิ้ ทง้ั สที่ ่กี ำขดลวดจะแทน ด้วยทิศทำงของกระแสที่ไหลในขดลวด น้ิวหัวแม่มือท่ี ย่ืนออกไปขนำนกับขดลวดจะชี้ไปทำงข้วั แม่เหลก็ เหนือ ซึ่งแสดงดงั รูปที่ 1.10 (ก) และรปู ท่ี 1.10 (ข) ทศิ ทางกระแส I ทศิ ทางกระแส N SS N I (ก) เมื่อให้กระแสไหลข้ึนตำมทิศทำง (ข) เมอ่ื ใหก้ ระแสไหลลงตำมทศิ ทำง รปู ท่ี 1.10 กฎมอื ขวำของขดลวดในกำรหำทศิ ทำงข้ัวแม่เหลก็ ของขดลวด (ประเสรฐิ ปน่ิ ปฐมรฐั , 2549: 187) 1.8 การเหนี่ยวนาแม่เหลก็ ไฟฟ้า จำกกำรท่ีกล่ำวมำแล้วว่ำ ตัวนำ หรือตัวนำท่ีพันเป็นขดลวด เม่ือมีกระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำนจะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก รอบตัวนำและรอบขดลวดตำมลำดับ และยังทำให้เกิดสนำมแม่เหล็ก สนำมแม่เหล็กท่ีเกิดจำกกระแสไฟฟ้ำ เรียกว่ำ แมเ่ หล็กไฟฟ้า ซึง่ จะทำใหเ้ กิดคำ่ ตำ่ ง ๆ ทำงไฟฟำ้ ดงั น้ี

1.8.1 การเกดิ แรงดนั ไฟฟา้ เหนี่ยวนาตนเอง เกดิ จำกตวั นำเม่อื มีกระแสไฟฟำ้ ไหลผ่ำน ผลจำกกระแสทีไ่ หลนี้ จะทำให้ เกดิ เสน้ แรงแม่เหล็กรอบตัวนำ และจะเปลีย่ นไปตำมขนำดของกระแสนั้นคือถ้ำกระแสมำกจำนวนเส้นแรงแมเ่ หล็กก็จะมำก ถ้ำ กระแสน้อยจำนวนเส้นแรงแม่เหล็กก็จะน้อยด้วย ถ้ำกำหนดให้มีกำรเปลยี่ นแปลงของกระแสไปตำมดงั รูปที่ 1.11 (ก) ก็จะได้ กำรเปล่ยี นแปลงของเส้นแรงแมเ่ หล็กตำมรูปที่ 1.11 (ข) และเส้นแรงแมเ่ หล็กจะเกิดกำรขยำยตัวและยุบตัวตัดกบั ตวั นำ ตำม กำรเปลี่ยนแปลงของกระแส ดังนนั้ จึงทำใหเ้ กดิ แรงดนั ไฟฟา้ เหนี่ยวนาในตวั เอง ข้ึน ผลท่เี กดิ ขน้ึ เรยี กวำ่ อนิ ดกั แตนซ์ iC BD AE ไมม่ ีกระแสไหล กระแสท่ีตาแหนง่ A กระแสท่ีตาแหนง่ B t กระแสท่ีตาแหนง่ C กระแสท่ีตาแหนง่ D กระแสท่ีตาแหนง่ E (ก) กำรเปลี่ยนแปลงของกระแส (ข) แสดงกำรเปล่ียนแปลงของเสน้ แรงแม่เหล็กท่ีกระแส ตำแหนง่ ตำ่ ง ๆ รปู ท่ี 1.11 แสดงกำรเปลย่ี นแปลงของเส้นแรงแมเ่ หล็กรอบตัวนำ 1.8.2 การเกดิ แรงดันไฟฟ้าจากการเหนีย่ วนาร่วม เกดิ จำกมีกำรเปลยี่ นแปลงเสน้ แรงแม่เหล็กจำกวงจรหนงึ่ ไปคล้อง ตัดกับอีกวงจรหน่งึ จำกรูปที่ 1.12 (ก) เมื่อยงั ไมป่ ดิ สวติ ช์ ก็จะไมม่ กี ระแสไหลผ่ำนตัวนำ A และไม่เกิดเสน้ แรงแม่เหลก็ ที่ตัวนำ A และจำกรปู ที่ 1.12 (ข) เม่อื ปิดสวติ ช์กจ็ ะทำให้มกี ระแสไหลผ่ำนตัวนำ A ทำให้เกดิ เส้นแรงแม่เหลก็ ขยำยตวั ออกรอบ ๆ ตวั นำ A พร้อมไปคล้องตัดกับตวั นำ B ทำให้เข็มของกัลวำนอมิเตอร์บ่ำยเบนไป นั่นคือทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ำเหนี่ยวนำขึ้นที่ตวั นำ B เรยี กแรงดนั ไฟฟำ้ เหนี่ยวนำนวี้ ่ำ แรงดนั ไฟฟำ้ ของกำรเหน่ยี วนำร่วม (Mutual induced e.m.f.) สวิตช์ AB แหลง่ จ่ายไฟฟ้า 0 กระแสตรง กลั วานอมเิ ตอร์ (ก) เมอ่ื ยังไม่ปดิ สวติ ช์ กระแสยังไมไ่ หลผ่ำนตัวนำ A รูปที่ 1.12 กำรเหน่ียวนำรว่ มกันของตวั นำ A กับตัวนำ B

สวิตช์ B A 0 กลั วานอมิเตอร์ แหลง่ จ่ายไฟฟ้า กระแสตรง (ข) เมื่อปดิ สวติ ช์เพื่อให้กระแสไหลผำ่ นตวั นำ A รูปท่ี 1.12 กำรเหนี่ยวนำรว่ มกันของตัวนำ A กับตัวนำ B (ตอ่ ) 1.9 กฎฟาราเดยก์ บั การเหน่ียวนาแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า จำกหลกั กำรเหน่ียวนำของแม่เหล็กไฟฟำ้ ดังน้นั ในปี ค.ศ. 1851 ไมเคลิ ฟำรำเดย์ (Michael Faraday) ไดท้ ำกำรทดลองและ ค้นพบเกี่ยวกับกำรเหนี่ยวนำซ่ึงทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ำเหน่ียวนำข้ึนกับขดลวดตัวนำ โดยกำรเกิดแรงดันไฟฟ้ำเหน่ียวนำ มี วิธกี ำรดงั นี้ 1.9.1 เม่ือตัวนาเคลื่อนทต่ี ัดผา่ นสนามแม่เหลก็ ซ่ึงอยกู่ ับท่ี จำกรปู ท่ี 1.13 (ก) เม่ือตัวนำเคล่อื นท่ีลงจะทำใหต้ ัวนำตัด ผ่ำนเส้นแรงแมเ่ หล็กในแนวตั้งฉำก ผลจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ำเหน่ียวนำข้ึนบนตัวนำนนั้ โดยเขม็ ของกัลวำนอมเิ ตอร์จะบ่ำย เบนไปทำงขวำมือชั่วขณะแล้วกลบั มำชที้ ศี่ ูนยด์ งั เดิม ถ้ำตัวนำไม่เคล่ือนท่กี ็จะไมเ่ กดิ แรงดันไฟฟ้ำเหนย่ี วนำ และจำกรูปที่ 1.13 (ข) เม่ือตัวนำเคล่ือนที่ขึ้นจะทำให้ตัวนำตัดผ่ำนเส้นแรงแม่เหล็กในแนวต้ังฉำก ผลจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ำเหนี่ยวนำข้ึนบน ตัวนำนั้นเช่นเดียวกัน โดยเข็มของกัลวำนอมิเตอร์จะบ่ำยเบนไปทำงซ้ำยมือชั่วขณะแล้วกลับมำชี้ท่ีศูนย์ดังเดิม ซ่ึงจะเห็นว่ำ ทศิ ทำงของแรงดนั ไฟฟ้ำเหน่ยี วนำจะกลับทิศทำงตำมกำรเคลอ่ื นที่ ซึ่งเป็นหลกั กำรเบอ้ื งตน้ ในกำรเกดิ ไฟฟำ้ กระแสสลับ (ก) เมื่อตัวนำเคลอ่ื นท่ีลง (ข) เมอ่ื ตวั นำเคล่อื นทีข่ ึ้น รปู ที่ 1.13 กำรเกิดแรงดนั ไฟฟ้ำเหนย่ี วนำเมื่อตัวนำตัดผ่ำนสนำมแมเ่ หล็ก (ดุสติ สรู ย์รำช, 2546: 30)

1.9.2 เมื่อสนามแม่เหล็กเคลือ่ นทต่ี ดั ผา่ นตัวนาซง่ึ อยู่กับที่ จำกรูปที่ 1.14 เมอื่ ขดลวดตวั นำให้อยู่กับท่แี ละเคล่ือนที่ สนำมแม่เหล็กเข้ำหำไปตดั กับขดลวด ผลจะทำใหเ้ กิดแรงดันไฟฟ้ำเหนี่ยวนำขึ้นบนขดลวดตัวนำน้ันโดยเข็มของกลั วำนอ มเิ ตอร์จะบำ่ ยเบนไปชั่วขณะแล้วกลบั มำชี้ทศ่ี ูนย์ดงั เดมิ ถ้ำสนำมแม่เหลก็ ไมเ่ คลือ่ นท่กี ็จะไม่เกดิ แรงดนั ไฟฟำ้ เหน่ียวนำบนขดลวด น้นั (ดุสิต สูรยร์ ำช, 2546: 37) แท่งแมเ่ หลก็ เคลอ่ื นท่ี กลั วานอมเิ ตอร์ ขดลวด รูปท่ี 1.14 กำรเกิดแรงดันไฟฟำ้ เหนีย่ วนำเม่ือสนำมแมเ่ หล็กเคล่อื นทตี่ ดั ผ่ำนตัวนำ 1.9.3 เมื่อเปลยี่ นแปลงปริมาณเส้นแรงแม่เหล็กของสนามแม่เหลก็ ทีต่ ัดผา่ นขดลวดตัวนาซง่ึ อยู่กบั ที่ จำกรูปท่ี 1.15 (ก) ประกอบด้วยขดลวดสองขดวำงใกลก้ ัน เมื่อจ่ำยไฟฟ้ำกระแสสลับใหก้ บั ขดลวดก็จะทำใหเ้ กดิ เส้นแรงแม่เหล็กข้ึนรอบ ๆ ขดลวด ซงึ่ เส้นแรงแม่เหล็กนี้จะเปล่ยี นแปลงไปตำมขนำดและควำมถ่ขี องไฟฟำ้ กระแสสลับ ถำ้ กำรเปล่ียนแปลงของไฟฟ้ำ กระแสสลับจำกศนู ยถ์ ึงค่ำสงู สุด (มุม 0 ถึง 90) จะทำให้เส้นแรงแมเ่ หลก็ เกดิ กำรขยำยตัว ดังรูปที่ 1.15 (ก) และถ้ำกำร เปล่ียนแปลงของไฟฟำ้ กระแสสลบั จำกคำ่ สงู สดุ ถงึ ลงมำเปน็ ศูนย์ (มมุ 90 ถึง 180) ผลก็จะทำให้ เส้นแรงแม่เหล็กเกิดกำรยุบตัว ดังรูปท่ี 1.15 (ข) จำกกำรขยำยตัวและยุบตัวของเส้นแรงแม่เหล็กทำให้ เกิดกำรเปล่ียนแปลง ปริมำณของเส้นแรงแม่เหล็กตัดกับขดลวดทุกรอบ ผลจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ำเหนี่ยวนำตัวเอง (Self induced e.m.f.) ข้ึนกับ ขดลวด ถำ้ เสน้ แรงแม่เหลก็ ที่เกดิ จำกขดลวดขดหนึ่งเปลี่ยนแปลงไปคล้องตดั กบั ขดลวดอีกขดหนงึ่ ที่วำงอยู่ใกล้กนั ผลกจ็ ะทำ ใหเ้ กดิ แรงดันไฟฟ้ำเหน่ยี วนำข้ึนท่ีขดลวดทวี่ ำงอยู่ใกลก้ ันด้วย (ก) เส้นแรงแมเ่ หล็กเกดิ กำรขยำยตวั (ข) เส้นแรงแม่เหล็กเกดิ กำรยุบตวั รปู ท่ี 1.15 กำรเกิดแรงดนั ไฟฟ้ำเหนย่ี วนำ เมื่อมีกำรเปลย่ี นแปลงปรมิ ำณเส้นแรงแมเ่ หล็ก 1.10 ทิศทางของแรงดันไฟฟ้าเหนีย่ วนา กำรหำทศิ ทำงของแรงดนั ไฟฟ้ำเหนยี่ วนำ จะใชก้ ฎมือขวำ ดงั รปู ที่ 1.16 โดยกำงมือขวำออกและ ให้น้ิวหวั แมม่ ือตง้ั ฉำกกบั น้ิวทั้งสี่ ถ้ำกำหนดให้เสน้ แรงแมเ่ หล็กทพ่ี ุ่งออกจำกขวั้ เหนือพงุ่ เข้ำหำอุ้งมอื และนิ้วหัวแมม่ ือชท้ี ิศทำงกำรเคล่ือนที่ของตวั นำ ดงั น้ัน

นิ้วท้ังส่ีจะช้ีทศิ ทำงของแรงดันไฟฟ้ำเหนย่ี วนำ ถำ้ นวิ้ ท้ังสช่ี ้ีเข้ำจะแทนดว้ ยกระแสไหลเข้ำและถ้ำน้ิวทง้ั สช่ี ้ีออกจะแทนด้วย กระแสไหลออก (ศภุ ชยั สรุ นิ ทร์วงศ์, 2534: 14) N ทศิ ทางของกระแส เสน้ แรงแม่เหลก็ ตวั นา พงุ่ เขา้ หาองุ้ มอื S รูปท่ี 1.16 กำรหำทศิ ทำงของแรงดันไฟฟำ้ เหนยี่ วนำโดยใชก้ ฎมือขวำ ทิศทำงกำรเคล่ือนทข่ี องตัวนำ จำกรูปท่ี 1.16 ถ้ำเคลอื่ นตวั นำไปทำงขวำมอื ตัดผ่ำนสนำมแมเ่ หล็กในแนวต้งั ฉำก เม่อื ใช้กฎมือขวำจะเห็นว่ำกระแสจะไหลเข้ำตัวนำดังรูปที่ 1.16 (ก) และถ้ำเคล่ือนตัวนำไปทำงซ้ำยมือตัดผ่ำนสนำมแม่เหล็กใน แนวตั้งฉำก เม่ือใชก้ ฎมือขวำจะเหน็ ว่ำกระแสจะไหลออกจำกตัวนำดังรปู ที่ 1.16 (ข) Nตวั นา N ตวั นา กระแสไหลเขา้ ทิศทางการ เคล่อื นที่ ทศิ ทางการ กระแสไหลออก เคลอื่ นที่ S S (ก) เมอื่ เคล่อื นท่ีจำกซ้ำยไปขวำ (ข) เมือ่ เคล่ือนท่ีจำกขวำมำซำ้ ย รูปท่ี 1.16 ทิศทำงของแรงดันไฟฟ้ำเหน่ยี วนำและกระแส