การกระทำของสนามแม่เหล็กและมอเตอร์

ลวดที่มีกระแสเบนเมื่ออยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็ก แรงบนลวดตรงเปลี่ยนเป็นการหมุนกรอบลวดได้อย่างไร แม้ผลรวมแรงเป็นศูนย์?

เปิดกระแสในลวดที่วางขวางสนามแม่เหล็ก ประจุที่เคลื่อนที่ได้รับแรงแม่เหล็กและถ่ายทอดผลให้ลวดผ่านปฏิสัมพันธ์กับสาร เกิดแรงตั้งฉากกับกระแสและสนาม ปิดกระแสแล้วผลนี้หายไปแม้แม่เหล็กยังอยู่ ต้องแยกแรงบนกระแสนี้จากการที่แม่เหล็กดูดเหล็ก ลวดในการทดลองไม่จำเป็นต้องเป็นเหล็ก

ตรวจทิศแรงด้วยกฎมือซ้าย วางฝ่ามือให้ B พุ่งเข้า นิ้วทั้งสี่ชี้ตามกระแสตามข้อตกลง นิ้วโป้งกาง 90° บอกทิศแรง กลับเฉพาะกระแส แรงกลับ กลับเฉพาะสนาม แรงก็กลับ แต่กลับทั้งสอง แรงมีทิศเดิม ต้องใช้กระแสตามข้อตกลง ไม่ใช่ทิศการเคลื่อนอิเล็กตรอนที่ตรงข้าม

อะไรทำให้การเบนแรงขึ้น? เมื่อลวดขวางสนาม สนามแรงขึ้น กระแสมากขึ้น หรือช่วงลวดในสนามยาวขึ้น แต่ละอย่างเพิ่มแรงรวม ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก B บอกขนาดสนาม วัดเป็นเทสลา T ความยาวที่ได้รับแรง l เป็นเมตร นับเฉพาะลวดในสนามที่พิจารณา ส่วน F วัดเป็น N สายจ่ายไฟนอกสนามไม่นับในความยาวนี้

สำหรับลวดตรงตั้งฉากกับสนามสม่ำเสมอ รวมความสัมพันธ์ได้ F = BIl เพิ่ม B, I หรือความยาวที่อยู่ในสนามสองเท่าทีละอย่าง จะได้ F สองเท่า กระแสศูนย์ให้แรงศูนย์ เมื่อ B เป็น T, I เป็น A และ l เป็น m จะได้ N แต่หมุนลวดแล้วผลเปลี่ยน เมื่อลวดตามแนวเส้นสนาม แรงชนิดนี้หายไป จึงใช้ F = BIl กับลวดเอียงใด ๆ โดยลืมเงื่อนไขตั้งฉากไม่ได้

ดัดลวดเป็นกรอบ ด้านตรงข้ามมีกระแสตรงข้าม แรงสนามจึงตรงข้ามด้วย อาจคิดว่าหักล้างกันหมด แต่แรงกระทำคนละตำแหน่งและสร้างโมเมนต์แรงได้ เหมือนหมุนพวงมาลัยด้วยสองมือ ผลรวมแรงเป็นศูนย์ได้ทั้งที่ยังมีผลหมุน ขนาดผลหมุนขึ้นกับท่าของกรอบและแขนแรง

หากคงทิศกระแส กรอบจะมุ่งเข้าสู่ตำแหน่งหนึ่ง ไม่ได้หมุนทิศเดิมไม่สิ้นสุด มอเตอร์คอมมิวเตเตอร์อย่างง่ายกลับกระแสทุกครึ่งรอบ เพื่อให้แรงช่วยการหมุนอีกครั้งหลังผ่านตำแหน่งนั้น ความเฉื่อยและการออกแบบมอเตอร์ช่วยให้ผ่านได้ พลังงานไฟฟ้าเปลี่ยนเป็นงานกล บางส่วนเป็นความร้อนและการสูญเสียอื่น

เหตุใดเข็มทิศใช้ได้เมื่ออยู่ไกลแม่เหล็กในห้องทดลอง? สนามแม่เหล็กโลกทำให้เข็มเรียงตัว ปลายเหนือมักชี้คร่าว ๆ ไปทางเหนือภูมิศาสตร์ เส้นสนามภายนอกเข้าสู่โลกบริเวณนั้น จึงมีผลเหมือนขั้วแม่เหล็กใต้และดึงปลายเหนือของเข็ม ขั้วแม่เหล็กกับขั้วภูมิศาสตร์ไม่ตรงกัน เข็มทิศจึงไม่ได้บอกเหนือภูมิศาสตร์อย่างไม่ผิดพลาดเสมอไป

นำแม่เหล็กหรือลวดที่มีกระแสเข้าใกล้เข็มทิศ เข็มอาจเบนมาก เพราะตอบสนองต่อสนามรวมเฉพาะที่ ไม่ได้เลือกเฉพาะสนามโลก วัตถุเหล็กก็เปลี่ยนสนามนี้ได้ จึงควรทดสอบเข็มทิศห่างจากอิทธิพลแม่เหล็กอื่น หากเข็มหมุนผิดคาด ให้หาการเปลี่ยนสนามใกล้ ๆ ก่อน ไม่ใช่คิดว่าขั้วภูมิศาสตร์ย้าย

ในสนามสม่ำเสมอ B = 0,2 Тл ลวดยาว 0.1 m มีกระแส 3 A วางตั้งฉากกับเส้นสนาม จงหาขนาดแรง

หาขนาดแรงบนช่วงลวดยาว 0.1 m ในสนาม สนามสม่ำเสมอและลวดตั้งฉาก จึงใช้ F = BIl ได้

F = 0,2·3·0,1 = 0,06 Н เพิ่มความยาวในสนามสองเท่าที่กระแสและสนามเดิม จะให้แรงสองเท่า

ผลคูณนี้ไม่ได้บอกทิศแรง กฎมือซ้ายต้องรู้ทิศสนามและกระแส โจทย์ถามเพียงขนาด

ขนาดแรงคือ 0.06 N เป็นแรงบนช่วงลวดที่ระบุ ไม่ใช่ความยาวทั้งหมดของวงจร

F = BIl ใช้กับลวดตรงขวางสนามสม่ำเสมอ ทิศกระแสและสนามกำหนดทิศแรง

แรงตรงข้ามที่แยกตำแหน่งหมุนกรอบได้ แม้แรงลัพธ์เป็นศูนย์

มอเตอร์สลับกระแสเพื่อให้หมุนต่อ เข็มทิศชี้ตามสนามรวมเฉพาะที่

ต่อไปสลับเหตุและผล การเคลื่อนแม่เหล็กจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าได้