หลักพื้นฐานของการวัดแม่เหล็ก

1. ความเข้มข้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
ความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นปริมาณทางกายภาพที่ใช้เพื่ออธิบายคุณสมบัติของสนามแม่เหล็ก แสดงด้วย B โดยทิศทางของ B ที่จุดหนึ่งๆ ในสนามแม่เหล็กคือทิศทางของสนามแม่เหล็ก ณ จุดนั้น และขนาดของ B แสดงถึงความเข้มของสนามแม่เหล็ก ณ จุดนั้น

ในระบบหน่วย SI (International System of Units) หน่วยของความแรงของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือ [โวลต์ · วินาที/เมตร 2] และ [โวลต์] · [วินาที] เรียกว่า เวเบอร์ ดังนั้นหน่วยของความแรงของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจึงเรียกว่า [เวเบอร์/เมตร 2] หรือ [เทสลา] เรียกอีกอย่างว่า [T] ในระบบหน่วย CGSM หน่วยของความแรงของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือ [เกาส์] หน่วยต่างๆ แสดงด้วยสัญลักษณ์: V คือ [โวลต์], s คือ [วินาที], m คือ [เมตร], Wb คือ [เวเบอร์], T คือ [T], Gs คือ [เกาส์], mT คือ [มิลไลต์]

1ตัน=1วัตต์/ม.2=104กรัม=103ม.T (1)

2. เส้นแรงแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็ก และทฤษฎีบทความต่อเนื่องของฟลักซ์แม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กถูกแสดงเป็นกราฟโดยใช้เส้นสนามแม่เหล็ก เส้นสนามแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กต่างๆ ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าแสดงอยู่ในรูปที่ 1 เส้นสนามแม่เหล็กเป็นเส้นปิดแบบไม่มีหัวและไม่มีหางล้อมรอบกระแสไฟฟ้า และทิศทางของกระแสไฟฟ้าและทิศทางการกลับของเส้นสนามแม่เหล็กสอดคล้องกับกฎมือขวา

เราระบุว่าทิศทางสัมผัสของจุดใดๆ บนเส้นสนามแม่เหล็กคือทิศทางของสนามแม่เหล็ก (เช่น B) ณ จุดนั้น และจำนวนเส้นสนามแม่เหล็กต่อหน่วยพื้นที่ที่ตั้งฉากกับเวกเตอร์ B จะเท่ากับขนาดของเวกเตอร์ B ณ จุดนั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อสนามแม่เหล็กแรง เส้นสนามแม่เหล็กจะหนาแน่นกว่า และเมื่อสนามแม่เหล็กอ่อน เส้นสนามแม่เหล็กจะบางลง

จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กทั้งหมดที่ผ่านพื้นผิวเรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านพื้นผิวและแสดงด้วย Φ การคำนวณฟลักซ์แม่เหล็กแสดงไว้ในรูปที่ 2 โดยกำหนดองค์ประกอบพื้นที่บนพื้นผิว และมุม θ จะเกิดขึ้นระหว่างทิศทางของเส้นปกติและทิศทาง B ของจุด ฟลักซ์แม่เหล็กขององค์ประกอบที่ผ่านพื้นที่คือ:

Dφ=B×COSθ×DS (2)

ดังนั้นฟลักซ์รวมของ S ผ่านพื้นผิวคือ

φ=# B×cosθ×ds (3)

เมื่อ B มีค่าสม่ำเสมอและ S เป็นระนาบและตั้งฉากกับ B ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านระนาบ S จะเป็นดังนี้:

φ = B×S (4)

นี่เป็นความสัมพันธ์ที่มักใช้ในการวัดทางแม่เหล็ก

ทฤษฎีบทฟลักซ์ต่อเนื่อง: เมื่อระนาบ S เป็นพื้นผิวปิด เนื่องจากเส้นสนามแม่เหล็กเป็นเส้นปิด ดังนั้นเส้นสนามแม่เหล็กที่ผ่านพื้นผิวปิดจะต้องผ่านส่วนอื่นๆ ของพื้นผิวปิด ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กรวมที่ผ่านพื้นผิวปิดใดๆ จะต้องเท่ากับศูนย์ กล่าวคือ

φ=# เพราะθDS=0 (5)

หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กคือ [Weber] ในระบบหน่วย SI, [Maxwell] ในระบบหน่วย CGSM และสัญลักษณ์ย่อ [Mai] แสดงโดย Mx

1วัตต์บ=108มx (6)

3. ความเข้มของสนามแม่เหล็ก ความสามารถในการซึมผ่าน และกฎของแอมแปร์ลูป

ความเข้มของสนามแม่เหล็กเป็นปริมาณทางกายภาพที่นำมาใช้เพื่อช่วยในการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้ยังเป็นเวกเตอร์ที่แสดงด้วย H ความสัมพันธ์กับความเข้มของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือ:

H = B/μ (7)

โดยที่: μ คือค่าการซึมผ่านของตัวกลางแม่เหล็ก ซึ่งกำหนดโดยลักษณะของตัวกลางแม่เหล็ก

ตกลง ในหน่วย SI ความสามารถในการซึมผ่านของสุญญากาศคือ:

μ0=4π×10-7 เฮนรี่/ม. (8)

หน่วยของ H คือ [แอมแปร์/เมตร] ในระบบหน่วย CGSM ค่าการซึมผ่านของสุญญากาศคือ 1 และหน่วยของ H คือ [Oster] ซึ่งย่อมาจาก [Ao] หน่วยต่างๆ แสดงด้วยสัญลักษณ์ A คือ [แอมแปร์] Oe คือ [O] และ H คือ [Henry]

1A/ม.=4π×10-3 โออี (9)

กฎของลูปแอมแปร์: ในสนามแม่เหล็ก เวกเตอร์ H จะเคลื่อนที่ตามเส้นโค้งปิดโดยพลการ

อินทิกรัลเส้นของซิกมาจะเท่ากับผลรวมพีชคณิตของกระแสไฟฟ้าที่ล้อมรอบอยู่ในเส้นโค้งปิดนี้ กล่าวคือ

# H×cos ×dl=∑I (10)

โดยที่: คือมุมระหว่างทิศทางสัมผัสของเส้นโค้งและทิศทางสนามแม่เหล็กของจุด

การใช้กฎแอมแปร์ลูปทำให้เราคำนวณสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าที่มีความสมมาตรเชิงพื้นที่บางอย่างได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น คำนวณความเข้มของสนามแม่เหล็กที่จุด P ภายในโซลินอยด์วงกลมที่พันแน่นสม่ำเสมอ ดังที่แสดงในรูปที่ 4 นำวงกลมที่มีรัศมี r ผ่านจุด P มาเป็นเส้นโค้งอินทิกรัลปิด เนื่องจากความสัมพันธ์ของสมมาตร ความเข้มของสนามแม่เหล็กที่จุดต่างๆ รอบวงกลมที่มีศูนย์กลางเท่ากันจึงเท่ากัน และทิศทางของความเข้มของสนามแม่เหล็กจะอยู่ในทิศทางสัมผัสของวงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน นั่นคือ=0 ดังนี้

# H×cos ×dl=H*2πr=NI (11)

ดังนั้นความเข้มของสนามแม่เหล็กที่จุด P: H=NI/ (2πr)

โดยที่ N คือจำนวนรอบการพัน จากความสัมพันธ์นี้จะเห็นได้ว่าความแรงของสนามแม่เหล็กนั้นถูกกำหนดโดยการกระจายของกระแสไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็กเท่านั้น และไม่มีความเกี่ยวข้องใดๆ กับคุณสมบัติของตัวกลางแม่เหล็ก