หน่วยพื้นฐานต่างๆ ในวิชาที่ว่าด้วยเรื่องของแม่เหล็ก

ก่อนที่จะได้เริ่มศึกษาวัสดุแม่เหล็ก จะขอกลาวถึงหน่วยพื้นฐานต่างๆที่ใช้ในวิชาที่ว่าด้วยเรื่องของแม่เหล็ก ดังนี้
1. สนามแม่เหล็ก (magnetic field)
โลหะจำพวกเหล็ก , โคบอลต์ และ นิเกิล เป็นธาตุโลหะเพียง 3 ชนิดที่สามารถเกิดสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงรอบตัวโลหะเองได้เมื่อถูกทำ ให้เป็นแม่เหล็กที่อุณหภูมิห้อง ธาตุโลหะทั้ง 3 ชนิดนี้ถูกเรียกว่า ferromagnetic การเกิดสนามแม่เหล็กรอบๆแท่งเหล็กที่ถูก magnetized นั้นสามารถสังเกตุเห็นได้จากการนำผงเหล็กมาโรยบนกระดาษที่มีเหล็กอยู่ข้างใต้ โดยทั่วไปแม่เหล็กจะมี 2 ขั้ว คือ ขั้วเหนือ และ ขั้วใต้ ซึ่งยัง ไม่มีใครเคยพบเลยว่าแม่เหล็กมีเพียงขั้วเดียวสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นได้ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุตัวนำสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบ ๆ ขด ลวดทองแดง ซึ่งเรียกว่า โซลีนอยด์ (solenoid) เมื่อมีกรแสไหลผ่านสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะมีความเข้มดังนี้
H=0.4(22/7)ni/l

H = ความเข้มของสนามแม่เหล็ก, A/m หรือ Oersteds (Oe)
l = ความยาวของขดลวดโซลินอยด์, m
n = จำนวนรอบชองขดลวดโวลินอยด์
i = กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเข้าไปในขดลวดโซลินอยด์, A

รูปที่ 11.1 แสดงสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบๆ แท่งแม่เหล็ก (จาก D.Halliday and R.Resnick, "Fundamentals of Physich" Wiley, 1974, p.612)

รูปที่ 11.2 (a) แสดงสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบๆ ขดลวดโซลินอยด์ เมื่อมีกระแสไหลผ่านขดลวด (b) แสดงความเข้ม ของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบๆ ขดลวดโซลินอยด์ ที่เพิ่มขึ้น เมื่อแท่งเหล็กถูกสอดเข้าไปในขดลวด (จาก C.S.Barrett, W.D.Nix and A.S. Teleman, "Princitles of Engieering Materials, " Prentice-Hall, 1993, p.459)
หน่วยของความเข้มของสนามแม่เหล็ก (H) คือ Amperes/metre (a/m) ในระบบหน่วย SI และ Oersteds (Oe) ในระบบหน่วย cgs ความสัมพันธ์ ระหว่างทั้งสองหน่วย คือ 1 A/m = 4(22/7)*(1/1000) Oe
2. Magnetic induction
ถ้านำเอาแท่งเหล็กธรรมดาใส่เข้าไปในขดลวดจะพบว่าสนามแม่เหล็กภายนอกขดลวดโซลีนอยด์มีความเข้มเพิ่มขึ้นเนื่องจากแท่งเหล็กที่ถูกทำให้ เป็นแม่เหล็กภายในขดลวดความเข้มของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นคือ ผลรวมของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากขดลวดโซลีนอยด์เอง และ ที่เกิด ขึ้นจากแท่งเหล็กที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กภายในขดลวดนั้น เราอาจเรียกความเข้มของสนามเหล็กที่เกิดขึ้นใหม่นี้ว่า magnetic induction หรือ flux density หรือ เรียกง่ายๆว่าinduction ใช้สัญญลักษณ์แทนด้วย B ส่วนค่าของโมเมนท์ของแม่เหล็กต่อหน่วยปริมาตรที่ถูก เหนี่ยวนำขึ้นเนื่องจากแท่งเหล็กที่ถูก ทำให้เป็นแม่เหล็กภายในขดลวด จะถูกเรียกว่า ความเข้มของการ magnetizations หรือ เรียกง่ายๆว่า magnatization แทนด้วยสัญญลักษณ์ M

3. Magnetic permeability
ดังได้กล่าวไว้แล้วข้างต้น เมื่อนำเอาวัสดุ ferromagnetic ไปวางในสนามแม่เหล็กจะทำให้สนามแม่เหล็กนั้นมีความเข้มเพิ่มขึ้น ปริมาณความ เข้มของสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้น (magnetization)

รูปที่11.3 แสดงเส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่าง B และ H ของวัสดุจำพวก ferromagnetic
ถ้าค่า magnetic permeability หรือ relative permeability มีค่ามาก จะบอกให้ ทราบว่า สนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเหนี่ยวนำของแท่งเหล็กในขดลวดจะมีค่ามากด้วย ในบางครั้งเราอาจเปรียบเทียบ megnetic permeability ของวัสดุแม่เหล็กเหมือนกับค่า dielectric constant ของวัสดุ dielectric (ฉนวนไฟฟ้า) แต่อย่างไรก็ตามค่า magnetic permeability ของวัสดุประเภท ferromagnetic จะไม่คงที่ กล่าวคือค่าของ magnetic permeability ซึ่งสอดคล้องกับค่าความชัน ณ. จุดต่างๆบนเส้นโค้ง B-H จะเปลี่ยนแปลงเมื่อความเข้มของสนามแม่เหล็ก (H) เปลี่ยนไป ดังนั้นโดยปกติเมื่อกล่าวถึงค่า magnetic - permeability ของวัสดุแม่เหล็กจึงมักจะหมายถึงค่า permeability ที่เริ่มต้น หรือ ค่า permeability ที่สูงสุด ซึ่งสามารถหาได้จากความ ชันบนเส้นโค้ง B - H สำหรับวัสดุแม่เหล็กที่สามารถถูกทำให้เป็นแม่เหล็กได้ง่ายจะมีค่า magnetic permeabilities สูง
4. Magnetic susceptibility
เนื่องจากค่า magnetization (M) จะเป็นปฎิภาคโดยตรงกับสนามแม่เหล็กที่ใส่เข้าไป (H) ดังนั้น จึงอาจเขียนสมการได้ดังนี้
" M = XmH "
ซึ่งค่า Xm คือค่า proportionality factor ซึ่งอาจเรียกว่า magnetic susceptibility เป็นค่าที่ไม่มีหน่วยสำหรับวัสดุแม่เหล็กแบบ soft มักจะวัดในเทอมของ magnetic susceptibility

MAIN MENU