วัตถุประสงค์การทดลอง

เพื่อศึกษาการเกิดสนามแม่เหล็กจากระบบขดลวดคู่

ทฤษฎีและหลักการ

จากการทดลองเรื่อง การศึกษาสนามแม่เหล็กจากขดลวดวงกลม เป็นการศึกษาสนามแม่เหล็กจากระบบขดลวดวงกลม ที่แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กมีทิศตามแนวศูนย์กลางของขดลวดวงกลม และหากมีขดลวดมากขึ้น สนามแม่เหล็กจะรวมกันแบบเวกเตอร์ทําให้สนามแม่เหล็กเสริมหรือหักล้างกัน ในการทดลองนี้ จะศึกษาการเกิดของสนามแม่เหล็กจากระบบขดลวดคู่ โดยในกรณีนี้จะศึกษาจากระบบขดลวดเฮล์มโฮลตซ์ (Helmholtz coils)

ในช่วงศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Hermann von Helmholtz ต้องการสร้างระบบที่สร้างสนามแม่เหล็กที่มีความสม่ำเสมอสูง โดยการนําขดลวด 2 ชุด ที่มีลักษณะเหมือนกันทุกประการ ได้แก่ จํานวนขดเท่ากัน รัศมีเท่ากัน ทําจากวัสดุเดียวกัน และนํามาวางห่างกันเท่ากับระยะรัศมีของขดลวด และปล่อยให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียวกัน โดยการต่อขดลวดทั้งสองขดเข้ากันแบบอนุกรม

ในทางกลับกัน หากเราต่อขดลวดทั้งสองขดแบบอนุกรม แต่จ่ายกระแสไฟฟ้าในทิศกลับกัน จะทําให้สนามแม่เหล็กรวมกันแบบหักล้าง เรียกระบบขดลวดนี้ว่า ระบบขดลวดแอนติ-เฮล์มโฮลตซ์ (Anti-Helmholtz)

การประยุกต์กฎของบิโอต์-ซาวาร์ต

เราทราบว่าสนามแม่เหล็กของระบบขดลวดวงกลมนั้น สามารถหาได้จากสมการกฎของบิโอต์-ซาวาร์ต ในระบบขดลวดเฮล์มโฮลตซ์และแอนติ-เฮล์มโฮลตซ์นั้น เกิดจากการที่เราใช้กฎของบิโอต์-ซาวาร์ตที่ขดลวดทั้งสองวงและนํามารวมกัน

ขั้นตอนการทดลอง

ตอนที่ 1 ศึกษาการเกิดสนามแม่เหล็กจากระบบขดลวดเฮล์มโฮลตซ์

1. เชื่อมต่อเซนเซอร์วัดสนามแม่เหล็กกับแอพพลิเคชัน

2. ต่อแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงและขดลวด ให้จ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่ระบบขดลวดในลักษณะของขดลวดเฮล์มโฮลตซ์ดังรูปด้านล่าง

3. ปรับแหล่งกําเนิดไฟฟ้า ให้จ่ายกระแสไฟฟ้าแก่เส้นลวดขนาด 1 A สังเกตจากมัลติมิเตอร์

4. วางเซ็นเซอร์เพื่อวัดสนามแม่เหล็กดังรูปที่ 3 แล้วบันทึกค่าสนามแม่เหล็กที่วัดได้ในหน่วย มิลลิเทสลา (mT)

5. วัดขนาดสนามแม่เหล็กที่ตําแหน่ง z = −20 cm ถึง z = +20 cm สังเกตการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก

6. ทําการทดลองข้อที่ 3 – 5 ซํ้า จํานวน 3 ครั้ง โดยปรับแหล่งจ่ายไฟฟ้าให้จ่ายกระแสไฟฟ้าขนาด 2 และ 3 A

7. เปรียบเทียบค่าที่ได้กับค่าที่คํานวณได้จากการทฤษฎี