Page 1
สนามของแรง (Field force) [1]
แรง (Force)
เปนปรมาณเวกเตอร หมายถง สงทมากระทาตอวตถ แลวทาใหวตถเกดการเปลยนแปลงจากสภาพเดม แรงอาจจะสมผสกบวตถหรอไมสมผสกบวตถกได แรงทสมผสวตถไดแก แรงดง แรงผลก แรงยก แรงเสยดทาน และแรงยดหยน แรงพวกนกระทาบนพนผวของวตถ
แรงทไมสมผสกบวตถ ไดแก แรงแมเหลก แรงทางไฟฟา แรงโนมถวง แรงพวกนจะกระทากบเนอของวตถทกตาแหนงโดยไมตองสมผสกบผวของวตถเลยเราเรยกแรงประเภทนวา แรงสนาม หรอ สนามของแรง (Field force) กลาวคอวตถจะไดรบแรงเมออยในสนามเหลานเทานน สนามของแรงแบงไดเปน 3 ประเภท คอ สนามโนมถวง (Gravitational field) สนามไฟฟา
(Electric field) [2] สนามแมเหลก (Magnetic field) [3]
สนามโนมถวง หมายถง บรเวณโดยรอบทวตถสามารถสงแรงดงดดกระทาตอวตถอนทอยในบรเวณนน สนามโนมถวงเปนปรมาณเวกเตอรมทศทางพงเขาหาจดศนยกลางของวตถ และขนาดของสนามโนมถวงเทากบ ขนาดของแรงจากสนามโนมถวงทกระทากบมวลหนงหนวย
เมอปลอยวตถทอยใกลผวโลก วตถจะตกสพนโลกเนองจากสนามโนมถวงทเกดจากแรงดงดดระหวางมวลของวตถ แรงดงดดนเรยกวา แรงโนมถวง (gravitational force) ซงเปนไปตาม กฎความโนมถวงสากล(Newton's law of universal gravitation) ทกลาววา “วตถสองชนดงดดกนดวยแรงซงแปรผนตามผลคณของมวลของวตถ แตแปรผกผนกบระยะหางระหวางวตถยกกาลงสอง”
สนามโนมถวงเขยนแทนดวยสญลกษณ และมทศพงสศนยกลางของโลก สนามโนมถวงทบรเวณผวโลกมคาเฉลยประมาณ
Page 2
9.8 นวตนตอกโลกรม ตาแหนงทหางจากผวโลกออกไปคาของสนามโนมถวงจะลดลงเรอยๆ จนมคาเปนศนยทระยะอนนต
แรงโนมถวงของโลกทกระทาตอวตถ คอ นาหนกของวตถนนเอง ซงจะหาไดจากสมการ
เมอ m เปนมวลของวตถมหนวยเปนกโลกรม (kg) W เปนนาหนกของวตถมหนวยเปนนวตน (N)
g เปนสนามโนมถวงมหนวยเปนนวตน/กโลกรม (N/kg)
การเคลอนทของวตถในสนามโนมถวง เชน กรณปลอยวตถตางกนในสนามโนมถวง วตถจะเคลอนทดวยความเรงคงตว เรยกวาความเรงเนองจากแรงโนมถวง (Gravitational acceleration) ทศทางพงเขาสใจกลางของโลกจะมคาแตกตางตามตาแหนง
ทางภมศาสตร โดยมคาเฉลยประมาณ 9.8 เมตร/วนาท2 หมายความวาถาวตถเคลอนทลงดวยความเรงโนมถวงขนาดความเรววตถจะเพมขนวนาทละ 9.8 เมตรตอวนาท ถาโยนวตถขนในแนวดงวตถจะเคลอนทโดยมขนาดความเรวลดลงวนาทละ 9.8 เมตรตอวนาท จนกระทงขนไปถงจดสงสดวตถจะหยดชวขณะ จากนนแรงดงดดโลก จะดงใหวตถตกกลบมายงพนโลกดวยความเรงเทาเดม ซงเรยกการเคลอนทในลกษณะนวา การเคลอนทแบบตกแบบเสร หรอการเคลอนทแบบตกอสระ (Free fall)
คอ ความเรวทจะพาวตถไปไดไกลจนพนจากอทธพลของแรงโนมถวง [4] ของโลกไดพอด ถาตองการสงยานอวกาศออก
ไปใหพนจากสนามโนมถวงของโลก ตองทาใหยานเคลอนทดวยความเรวเทากบหรอมากกวาความเรวหลดพน [5] ความเรว
หลดพนมคาประมาณ 11.2 km/s หรอ 40,320 km/h ทผวโลกและจะมคาลดลงเมอมความสงจากผวโลกมากขน
Page 3
ดาวฤกษ ดวงจนทร หรอดาวเคราะหดวงอนๆ บรวารของดาวเคราะหในระบบสรยะ รวมทงสรรพวตถท งหลาย ลวนแลวแตมสนามโนมถวงรอบตวเองเชนกน แตคาของสนามโนมถวงในแตละดาวจะแตกตางกนตามขนาดของมวลและขนาดของรศมของดวงดาวนนๆ
มนษยไดนาหลกการทสนามโนมถวงของโลกมาใชกบนาในการผลตกระแสไฟฟา โดยการสรางเขอนหรอทกกเกบนาไวในทสงปลอยใหนาไหลลงมาตามทอเขาสเครองกงหนนาผลกดนใบพดใหกงหนนาหมน เพลาของเครองกงหนนาทตอเขากบเพลาของเครองกาเนดไฟฟาจะหมนตาม เกดการเหนยวนาขนในเครองกาเนดไฟฟา ทาใหเกดพลงงานไฟฟา
Page 4
นาขนและนาลง (High tide and Low ) [6]
แรงโนมถวงจากทงโลกและดวงจนทรเปนแรงขนาดเทากนทกระทาซงกนและกน แตแรงโนมถวงเปนแรงทมขนาดแปรผกผนกบคากาลงสองของระยะหางระหวางวตถ ดงนน แรงโนมถวงทกระทาระหวางโลกและดวงจนทร จงมคาไมเทากนในแตละตาแหนงบนพนผวของโลกและดวงจนทร เรยกวาเปน “แรงไทดล (Tidal force) ”
แรงไทดลทาใหรปรางของโลกและดวงจนทรไมเปนทรงกลมทสมบรณคอมรศมในแนวเสนศนยสตรมากกวารศมในแนวขวโลกเลกนอย และทาใหดวงจนทรหนดานเดยวเขาหาโลกตลอดเวลา และดวยแรงนเอง นาในสวนตางๆ ของโลกจงแสดงผลกระทบจากแรงโนมถวงของดวงจนทรใหเหนอยางเดนชด นาทอยดานใกลกบดวงจนทร จะถกแรงดงดดดงเขาไปหาดวงจนทรมากกวานาทอยอกซกโลกหนง ทาใหดานทอยใกลกบดวงจนทรและดานตรงขามเกดปรากฏการณ “นาขน (High tide)” ในขณะทนาขนทบรเวณทอยใกลและไกลทสดจากดวงจนทร “นาลง (Low tide)”กเกดขนพรอมๆ กนทอกสองบรเวณบนโลกทอยในแนวเสนตงฉาก กบเสนทลากระหวางดวงจนทรและตาแหนงทนาขนทงสอง ดงนน ในขณะทดวงจนทรโคจรไปรอบโลก ตาแหนงตางๆ บนโลกกจะเกดนาขนสองคร ง คอเมอดวงจนทรอยเหนอบรเวณนน และอยใตบรเวณนนพอด และเกดนาลงสองคร ง
ดวงอาทตยกมบทบาทตอการเกดนาขนนาลงเชนกน แตดวงอาทตยอยไกลจากโลกมาก ผลของแรงไทดลของดวงอาทตยทมตอการเกดนาขนนาลงบนโลก จงมแคเพยงครงหนงของผลจากดวงจนทรในวนเพญ หรอวนเดอนมด ดวงจนทรโลกและดวงอาทตยจะอยในแนวเสนตรงเดยวกน ทาใหแรงไทดลจากดวงจนทรและดวงอาทตยเสรมหรอหกลางกนมากทสด
ในวนทงสองน นาจงขนสงและลดลงตาทสด เรยกวา นาเกด (Spring tide) สวนในวนขน 7 หรอ 8 คา และแรม 7 หรอ
8 คา ดวงจนทรจะทามมตงฉากกบดวงอาทตยเมอมองจากโลก ทาใหแรงไทดลจากดวงจนทรและดวงอาทตยหกลางกน นาจงขนตาทสดและลงนอยทสด หรอมความแตกตางของระดบนาทขนและลงนอยทสด เรยกวา นาตาย (Neap tide) วนนาเกดจะมเดอนละ
สองวน และวนนาตายกจะมเดอนละสองวนเชนกน
Page 5
ประจไฟฟา (Electric charge) เกดจากการทอะตอมมจานวนโปรตอนและจานวนอเลกตรอนไมเทากน วตถทมประจ
ไฟฟาปกตจะแสดงในรปการดงดดกน , การผลกกน หรอเกดประกายไฟ โดยการเกดประจไฟฟานน จะเกดจากการสญเสยอเลกตรอนหรอการไดรบอเลกตรอนเทานน
แรงระหวางประจไฟฟา ม 2 ชนด คอ
แรงดด เปนแรงทเกดจากประจไฟฟาตางชนด วางไวใกลกนจะเกดแรงดงดดซงกนและกน1.แรงผลก เปนแรงทเกดจากประจไฟฟาชนดเดยวกน วางไวใกลกนจะเกดแรงผลกซงกนและกน2.
Page 6
เมอวตถมอานาจไฟฟาแสดงวาวตถนนมประจไฟฟาบวกสทธ หรอประจไฟฟาลบสทธบนวตถนน วธการทาใหวตถมประจสามารถทาได 3 วธ คอ
1. การขดส เมอนาวตถตางชนดทมความเหมาะสมกนมาถกนแลว จะปรากฏวามประจไฟฟาเกดขนบนผวของวตถแตละคน น โดยวตถท งสองจะเกดประจทตรงขามกนเสมอ จากหลกทวาเมอวตถขดถกนจะทาใหวตถชนหนงจะสญเสยอเลกตรอน (กลายเปนประจบวก) และวตถอกชนจะไดรบอเลกตรอน (กลายเปนประจลบ)
2. การสมผสหรอการถายเท เมอนาวตถทมประจมาสมผสกบวตถทเปนกลางหรอนาวตถทมประจทงค มาสมผสกนจะเกดการถายเทประจระหวางวตถท งสอง และหยดการถายเทเมอวตถท งสองม ศกยไฟฟา เทากน
3. การเหนยวนา วตถใดๆกตามเมอมประจไฟฟาแลว ประจไฟฟาทมปรากฏอยนนจะสงอานาจไฟฟาออกไปเปนบรเวณโดยรอบ ถานาวตถอนซงเปนกลางเขามาใกล วตถทนาเขามานนจะปรากฏมประจไฟฟาบวกและลบเกดขนพรอมกนบนผวของวตถนนการทวตถซงมประจไฟฟาสงอานาจไฟฟาออกไปแลว เปนผลใหวตถอนทเปนกลาง เกดมประจไฟฟาขนบนผวของวตถไดเรา เรยกวาการเหนยวนาไฟฟา และเรยกประจไฟฟาทเกดขนโดยวธการเชนนวา “ประจไฟฟาเหนยวนา” จะเกดขนพรอมกนทงชนดบวก
และชนดลบและมจานวนเทากน ประจไฟฟาเหนยวนาทเกดทางดานใกลกบประจไฟฟาทนามาลอ จะเปนประจไฟฟาตางชนดกนกบประจไฟฟาทนามาลอเสมอ
Page 7
อเลกโตรสโคป (Electroscope) [7]
อเลกโตรสโคป เปนอปกรณทใชตรวจสอบวาวตถมประจไฟฟาหรอไม และอาจจะใชตรวจสอบวามประจไฟฟาชนดใด โดยอาศยหลกการการเหนยวนาของประจ อเลกโตรสโคปแบบลกพท อเลกโตรสโคปแบบน เปนอเลกโตรสโคปแบบงายทสด ประกอบดวยลกกลมเลกททาดวยไสไมโสนหรอไสหญาปลองซงมนาหนกเบามาก ตวลกกลมแขวนดวยเชอกดาย หรอไหมเสนเลกๆ จากปลายเสาทตงบนแทนฉนวนไฟฟา ดงรป
(ก) เมอตองการตรวจวตถใดมประจไฟฟาหรอไม ปฏบตดงน ใชนวคลงลกกลมใหลกกลมเปนกลาง จากนนาวตถทตองการตรวจวามประจไฟฟาหรอไมเขามาใกลๆ ลกกลมนนหากปรากฏวาลกกลมเคลอนทโดยถกดดเขาหาวตถนน กแสดงวาวตถทนามาทดลองนนมประจไฟฟา ถาปรากฏวาลกกลมไมเคลอนทเลย กแสดงวาวตถนนเปนกลางไมมประจไฟฟา
(ข) เมอตองการใชอเลกโตรสโคปนตรวจชนดประจ ขนแรก ทาการใหประจไฟฟาททราบชนดแลวแกลกกลมเสยกอน ขนตอไปจงนาวตถทมประจไฟฟาซงตองการตรวจชนดประจนนมาใกลลกกลม หากเกดแรงผลกโดยลกกลมเคลอนทหนหางวตถ กแสดงวาประจไฟฟาบนวตถนนเปนชนดเดยวกนกบประจไฟฟาบนลกกลม แตถาเกดแรงดดคอลกกลมเคลอนทเขาหากน กแสดงวาประจไฟฟาบนวตถนนเปนประจตางชนดกนกบประจไฟฟาบนลกกลม เมอเราทราบชนดประจไฟฟาบนลกกลมอยแลว จงสามารถบอกได
Page 8
วาประจไฟฟาบนวตถนนเปนชนดใด
สนามไฟฟา (Electric Field)
สนามไฟฟา หมายถง บรเวณโดยรอบประจไฟฟาตนกาเนดทสามารถสงแรงกระทาตอประจทดสอบทวางอยในบรเวณนนได
สนามไฟฟาเปนปรมาณเวกเตอร มทศทางเดยวกบแรงกระทาตอประจบวก (ตรงขามกบทศทางของแรงทกระทาตอ
ประจลบ) และขนาดของสนามไฟฟา เทากบขนาดของแรงจากสนามไฟฟาทกระทากบประจหนงหนวย
เมอพจารณาสนามไฟฟาของประจบนวตถทมขนาดเลกมากจนถอวาเปนจดเรยกวา “จดประจ” และเสนแสดงทศของสนามไฟฟาของจดประจ เรยกวา “เสนสนามไฟฟา (Electric field lines)” ประจตนกาเนดทมประจบวกจะมทศทางของสนาม
ไฟฟา พงออกจากตวประจ สวนประจตนกาเนดทมประจลบจะมทศทางของสนามไฟฟา พงเขาหาตวประจ
นอกจากนนยงพบวา ประจทดสอบเมออยในสนามไฟฟาจะถกแรง เนองจากสนามไฟฟากระทาโดยขนาดของแรงหาไดจากสมการ
Page 9
โดยท F = ขนาดของแรงจากสนามไฟฟา มหนวยเปนนวตน (N) Q = ขนาดของประจทดสอบ มหนวยเปนคลอมบ (C) E = ขนาดของสนามไฟฟา มหนวยเปนนวตนตอคลอมบ (N/C)
ประจทดสอบทมประจบวก จะมทศทางของแรง ทศเดยวกบสนามไฟฟา ประจทดสอบทมประจลบ จะมทศทางของแรง ทศตรงขามกบสนามไฟฟา
จดสะเทน (Neutral point)
Page 10
จดสะเทน หมายถง จดในสนามไฟฟาซงมคาความเขมของสนามไฟฟาเปนศนย ในกรณทมสนามไฟฟาสองสนามซงเกดจากประจไฟฟาสองประจวางใกลกน จดสะเทนจะเกดจากสนามไฟฟาสองสนามทมขนาดเทากน แตมทศทางตรงกนขาม โดยจดสะเทนทเกดขนจะอยในแนวเสนตรงทลากผานประจไฟฟาทงสองนน มหลกเกณฑดงน
(ก) ถาประจไฟฟาทงสองเปนประจไฟฟาชนดเดยวกน ตาแหนงจดสะเทนจะอยระหวางประจไฟฟาทงสอง ถาประจไฟฟาทงสองมปรมาณไฟฟาเทากน จดสะเทนจะอยตรงทกงกลางระยะ ถาประจไฟฟาทงสองมปรมาณไฟฟาไมเทากน จดสะเทนจะอยใกลกบประจไฟฟาทมปรมาณไฟฟานอยกวา หรออยไกลกบประจไฟฟาทมปรมาณไฟฟามากกวา
(ข) ถาประจไฟฟาทงสองเปนประจไฟฟาตางชนดกน กรณนถาประจไฟฟาทงสองมปรมาณไฟฟาเทากนจะไมมจดสะเทนเกดขน ถาประจไฟฟาทงสองมปรมาณไฟฟาไมเทากน จะเกดจดสะเทนอยนอกระยะระหวางประจไฟฟาทงสอง และจดสะเทน
[8] จะอยใกลกบประจไฟฟาทมปรมาณไฟฟานอยกวา หรออยไกลกบประจไฟฟาทมปรมาณไฟฟามากกวา
Page 11
ตวนาทรงกลมกลวงหรอตวนาทมประจไฟฟาอสระ ประจไฟฟาทงหมดจะกระจายอยทผวดานนอกของตวนาทรงกลมอยางสมาเสมอ โดยตวนาทรงกลมทมประจน จะแผสนามไฟฟาไปยงบรเวณโดยรอบ และเนองจากการทประจบนตวนาทรงกลมกระจายตวอยางสมาเสมอ เมอตองการหาสนามไฟฟาภายนอกทรงกลม จะพจารณาวาประจทงหมดของตวนาไปรวมกนอยทจดศนยกลางของทรงกลม
เนองจากเสนสนามไฟฟาตงฉากกบผวของตวนา และไมสามารถผานทะลไปในตวนาได ดงนนภายในตวนาทรงกลมสนามไฟฟาจงมคาเปนศนยเสมอ และทผวดานนอกของตวนาทรงกลมจะมสนามไฟฟามากทสด
เมอใหประจไฟฟากบแผนตวนาโลหะ 2 แผนทวางขนานกน โดยทาใหแผนหนงมประจไฟฟา +Q และอกแผนหนงมประจไฟฟา-Q จะมสนามไฟฟาสมาเสมอเกดขนระหวางแผนทงสอง โดยสนามไฟฟาระหวางแผนโลหะคขนานจะมคาคงตวทงขนาดและทศทางขนาดของสนามไฟฟาหาไดจากขนาดของแรงทกระทาตอประจ +1 คลอมบ ทวางไวระหวางแผนคขนานนน หรอหาจากอตราสวนระหวางความตางศกยระหวางแผนขนานกบระยะหางระหวางแผนโลหะทงสอง
ทศทางของสนามไฟฟาระหวางแผนโลหะคขนาน จะมทศทางเหมอนกบทศทางของแรงทกระทากบประจบวก หรอมทศทางตรงขามกบทศทางของแรงทกระทากบประจลบ โดยมทศทางพงออกตงฉากจากแผนบวกและพงเขาหาตงฉากกบแผนลบ
ในการทดลองเราใชดางทบทม KMnO4 หรอ โพแทสเซยมเปอรมงกาเนต ประกอบกบเครองจายไฟฟาความตางศกย
สง ททาให KMnO4 แตกตวออกเปน โพแทสเซยมไอออนบวก (K+) ทไมมส กบเปอรมงกาเนตไอออนลบ (MnO4-) ทมสมวง ปรากฏวาการแผกระจายของผงสมวงมลกษณะเปนเสนๆ และแผออกจากขวลบไปยงข วบวก เนองจากไอออนลบถกผลกจากขวลบ แตถกดงดดเขาหาขวบวก ดงนน แรงทกระทาตอไอออนลบจงม 2 แรง แนวการแผกระจายของไอออนลบจงเปนแนวของแรงลพธ แนวการแผกระจายนเรยกวา “เสนสนามไฟฟา”
Page 12
เมอวางขวไฟฟาหรอประจไฟฟาในลกษณะตางๆกน จะเหนลกษณะของเสนสนามไฟฟาแตกตางกน เชน ในกรณวางแผนตวนาระนาบขนาดเทากนลงบนกระดาษทชนๆ ใหขนานกน และหางกนเปนระยะหนง แลวจข วไฟฟาทตอกบเครองจายไฟตรงโวลตสงลงบนตวนาทงสอง ตอจากนนจงโรยผงดางทบทม แนวการกระจายของผงสมวงจะเปนแนวเสนตรง ทขนานกนและมความหนาแนนของเสนสมาเสมอ เมอศกษาตอไปจะพบวาระหวางแผนตวนาขนานทมประจคนละชนด แตมขนาดประจเทากนสนามไฟฟาระหวางแผนขนานนนจะมขนาดคงตวและทศเดยวกนทกตาแหนง
เมออเลกตรอนเคลอนทผานบรเวณทมสนามไฟฟา แนวการเคลอนทของอเลกตรอนจะมการเบยงเบนไปจากเดม เนองจากจะเกดแรงจากสนามไฟฟา กระทากบอเลกตรอนในทศทางตรงขามกบทศทางของสนามไฟฟา ตามรป
เรานาหลกการการเบยงเบนของอเลกตรอนในสนามไฟฟา มาสรางเปนจอภาพแสดงผล (Monitor) ทแสดงภาพใหเราเหนไดหลอดภาพทอยภายในอาศยหลกการทางานของหลอดรงสแคโทด (Cathode Ray Tub : CRT) ซงประกอบดวยสวนสาคญ
3 สวนคอ 1. ปนยงอเลกตรอน (Electron gun) ทาหนาทเรงอเลกตรอนและยงลาอเลกตรอนออกมา 2. สวนเบนลาอเลกตรอน ใชสาหรบเบนลาอเลกตรอนไปทางซายขวาหรอขนลง 3. จอเรองแสง ซงดานในฉาบดวยสารเรองแสงคอฟอสฟอรส
Page 13
อเลกตรอนถกปลอยจากขวแคโทดดวยความรอน หลงจากนนปนยงอเลกตรอน (Electron gun) จะสรางลาอเลกตรอนทถกเรงจากขวแอโนด ลาอเลกตรอนจะเคลอนทไปตกลงบนจอภาพ โดยตาแหนงทลาอเลกตรอนจะตกลงบนจอภาพจะอาศยสนามไฟฟาระหวางแผนโลหะคขนาน 2 ค ซงอยในแนวราบและแนวดงสนามไฟฟาน จะบงคบใหลาอเลกตรอนไปตกลงบนตาแหนงทตองการ อเลกตรอนทพงไปตกกระทบผวจอจะทาใหเกดการเรองแสงขน เนองมาจากพลงงานของลาอเลกตรอนไปตกกระทบจอทมการฉาบเคลอบผวดวยสารฟอสฟอร (Phosphor) ทาใหเกดจดแสงทสวาง ความสวางและสขนอยกบขนาดความเขมของลาอเลกตรอนและชนดของสารเรองแสงทใช
เครองกาจดฝนในอากาศ
เครองกาจดฝ นในอากาศเปนอปกรณทใชกาจดอนภาคออกจากกาซเผาไหม หรอจากอากาศรอนทมอนภาคลอยอย เมอใชความตางศกยสงจากแหลงจายไฟกระแสตรงตอกบแกนกลางและทอโลหะ โดยตอข วลบเขากบแกนกลาง และขวบวกเขากบทอ ทาใหเกดสนามไฟฟาความเขมขนสง มากพอทจะทาใหอนภาคสกปรกทมอยในอากาศเมอผานเขาไปได รบอเลกตรอนจากแกนกลางแลวกลายเปนอนภาคทมประจลบแลวจะถกดดเขาไปเกาะททอทมประจบวก หลงจากนนทอจะถกทาใหสนเปนจงหวะ เพอใหอนภาคทเกาะบนทอหลนลงไปทางตอนลางของทอ แลวถกปลอยใหออกทางชองฝ นออก สวนอากาศหรอกาซทผานทอไปจะกลายเปนอากาศหรอกาซทสะอาด หลงจากนนกจะถกปลอยใหออกทางทออากาศสะอาดทอยทางตอนบนของทอ
เครองพนส
เครองพนสเปนอปกรณใชสาหรบพนผงหรอละอองสใหไปเกาะตดกบผวของชนงาน การทาผงหรอละอองสกลายเปนอนภาคทมประจไฟฟา จะทาใหผงหรอละอองสทมประจไฟฟานนมแรงดงดดกบผวชนงาน และจะเกาะตดชนงานนนไดดมากกวาการพนส
Page 14
แบบธรรมดา นอกจากนกรณชนงานทเปนโลหะหากมการตอกบแหลงกาเนดไฟฟาทมความตางศกยสงๆ แลวทาใหชนงานทเปนโลหะมประจตรงขามกบผงหรอละอองส กจะชวยเพมแรงดงดด ทาใหผงหรอละอองสยดเคลอบผวชนงานดยงขน อกทงทาใหประหยดผงสดวย เพราะละอองสไมฟ งกระจายมาก
เครองถายเอกสาร
หลกการทางานทสาคญของเครองถายเอกสารคอ แผนฟลมทฉาบดวยวสดตวนา ทมคณสมบตเปนตวนาเมอถกแสงและเปนฉนวนเมอไมไดถกแสง เมอเครองเรมทางาน แผนฟลมจะถกทาใหมประจไฟฟาบวกทวท งแผน ตอจากนนจะสองแสงไปทสงพมพใหสะทอนผานเลนสไปกระทบแผนฟลม บรเวณทเปนสขาวบนสงพมพจะใหแสงทะลผานออกมากระทบแผนฟลม ทาใหบรเวณทถกแสงเปนตวนา เปนผลใหบรเวณนนมสภาพเปนกลางทางไฟฟา สวนตวอกษรหรอภาพลายเสนบนสงพมพทเปนสดา จะดดกลนแสงจงไมใหแสงผานออกมากระทบแผนฟลม ทาใหบรเวณทไมถกแสงบนแผนฟลมคงยงมประจไฟฟาบวกอย
เมอผงหมกทมประจไฟฟาลบไปทแผนฟลมน ผงหมกจะไปเกาะเฉพาะบรเวณทมประจบวกเทานน เพราะเปนบรเวณทเกดจากสวนทเปนตวอกษรหรอภาพลายเสน สวนบรเวณทไมมประจไฟฟากจะไมมผงหมกเกาะ ทาใหเหนเปนภาพของตนฉบบบนแผนฟลมและเมอกดแผนกระดาษประจบวกลงบนแผนฟลมทมผงหมก กจะไดภาพสาเนาปรากฏบนแผนกระดาษ เมอนากระดาษนไปอบความรอนเพอใหผงหมกตดแนน กจะไดภาพสาเนาบนแผนกระดาษทชดเจนและถาวร
ไมโครโฟนแบบตวเกบประจ
หลกการของไมโครโฟนแบบตวเกบประจคอ ประกอบดวยแผนโลหะ 2 แผนทขนานกน แผนหนงทาหนาทเปนไดอะเฟรมรบ
Page 15
คลนเสยง สวนแผนทสองยดตดกบฐาน โดยแผนทรบคลนเสยงจะบางมาก เมอมคลนเสยงมากระทบมนจะสนตามความถและกาลงของคลน ผลจากสนของแผนบางนจะทาใหความจไฟฟาเปลยนแปลง เมอตอไมโครโฟนแบบตวเกบประจน อนกรมกบตวตานทานความตางศกยครอมไมโครโฟนแบบตวเกบประจ จะเปลยนแปลงตามความถของคลนเสยง เปนผลใหเกดสญญาณไฟฟาสงไปยงลาโพงเพอเปลยนเปนคลนเสยงอกคร ง
สนามแมเหลก (Magnetic field)
แมเหลก (Magnet) คอสารทสามารถดดหรอผลกกนเองไดและสามารถดดสารแมเหลกไดโดยการเหนยวนา แมเหลกโดยทวไปจะหมายถง แมเหลกธรรมชาตทสามารถดดเหลกและนเกล ได แทงแมเหลกจะม 2 ขว คอ ขวเหนอ (North Pole “N”) และ ขว
ใต (South Pole “S”)
คณสมบตของแทงแมเหลก
1. แทงแมเหลกมข วแมเหลก (magnetic pole) เมอเอาผงเหลกเทใสแทงแมเหลก ผงเหลกจะถกดดตดมากทปลายทงสองขางของแทงแมเหลก สวนอนๆ มตดนอยมาก เราจงทราบวาอานาจแมเหลกจะแรงมากทบรเวณปลายทงสองขางของแทงแมเหลก ซงเราเรยกวาข วแมเหลก สวนบรเวณทถดเขาไปอานาจแมเหลกจะออนลงตามลาดบ และตอนบรเวณกลางแทงจะมอานาจแมเหลกนอยทสด
2. แทงแมเหลกชไปในทศทางเหนอใต ถานาเขมทศแมเหลก หรอแทงแมเหลกมาแขวนหอยดวยเชอกในแนวนอน แทงแมเหลกจะชไปในทศทางเหนอใต ขวทชไปทางทศเหนอ เรยกวา ขวเหนอ เปนขวบวก และขวทชไปทางทศใต เรยกวา ขวใต เปนขวลบ
3. เมอนาแทงแมเหลก 2 แทงมาวางไวใกลๆ กน จะเกดแรงระหวางแทงแมเหลกกระทาซงกนและกน ถานาดานทมข วเหมอนกน
Page 16
มาวางใกลกนจะเกดแรงผลกกน (Repel) แตถานาดานทมข วตางกนวางใกลกนจะเกดแรงดงดดกน (Attract)
คอ เสนสมมตเสมอนวาแทงแมเหลก สงอานาจการดงดดไปถง เพอความสะดวกในการศกษาเรองแรงแมเหลก จงกาหนด
กนวาสนามแมเหลกมลกษณะประกอบดวยเสนแรงแมเหลกแผกระจายเตมสนามแมเหลก เมอเขมทศวางอยในตาแหนงทมสนามแมเหลก เขมทศจะวางตวไปตามทศทางของเสนแรงแมเหลกในสนามนน โดยเขมทศจะชขวเหนอไปตามทศทางของเสนแรง ถาบรเวณใดมสนามแมเหลกแรงมาก เชน บรเวณใกลช วแมเหลก เราสามารถใชผงตะไบเหลกโรยเพอหาเสนแรงแมเหลกแทนเสนแรงแมเหลกจากแทงแมเหลกหรอตวกลางทกระทาตวคลายกบกบเปนแทงแมเหลกมลกษณะดงน
1. ภายนอกแทงแมเหลก เสนแรงแมเหลกมทศออกจากขวเหนอพงเขาสขวใต 2. ภายในแทงแมเหลก เสนแรงแมเหลกมทศทางจากขวใตผานภายในแทงไปยงขวเหนอ
Page 17
หมายถง บรเวณทแมเหลกสามารถสงอานาจหรอแรงแมเหลกไปถง หรอบรเวณทมแรงทางแมเหลกกระทาบนอนภาค หรอประจไฟฟาทเคลอนทผานบรเวณนน เปนปรมาณเวกเตอร มหนวยเปนเวเบอรตอตารางเมตร (Wb/m2) หรอ เทสลา(T)
ทศของสนามแมเหลกทตาแนงใดๆ คอทศทเขมของเขมทศวางตวอยางสมดล เรามกจะเขยนแทนสนามแมเหลกดวยสญลกษณ
และเรยกสนามแมเหลกไดอกอยางวาความหนาแนนฟลกซแมเหลก
โดเมนแมเหลก (Magnetic Domains)
โดเมนแมเหลกเปนพนททมขนาดเลกมากและมคณสมบตความเปนแมเหลกอย ซงในสารแมเหลกจะมโดเมนหลายๆ ตวมาอยรวมกน โดยปกตแลวโดเมนเหลาน จะหนขวไปคนละทศละทางทาใหอานาจแมเหลกเกดการหกลางกน จงทาใหสารแมเหลกไมมสภาวะแมเหลก แตถาหากนาสนามแมเหลกมาเหนยวนา ทาใหข วของโดเมนตางๆ เรยงตวในทศทางเดยวกนแลว สารแมเหลกนนๆ กจะกลายเปนแทงแมเหลกชวคราวขนมา ถาเราทบหรอใหความรอนกบแมเหลกทาใหโดเมนแมเหลกกระจายชทศทางยงเหยง และเสอมอานาจแมเหลกไปในทสด
สงทนาสนใจอกอยางคอแมเหลกจะมข วเหนอใตอยดวยกนเสมอ ตางกบประจบวกและลบซงอยโดดๆได ลองตดแทงแมเหลกออกเปนสวนๆ หวงจะใหเหลอขวเหนออยโดดๆ แตกเปนไปไมไดเนองจากพอตดแลวข วใต จะเกดขนมาใหมจากรอยตดทนท จนกระทงตดออกเหลอเพยงอะตอมเดยว อะตอมแมเหลกกยงมข วเหนอใตเชนเดม
สนามแมเหลกโลก (Earth’s magnetic field) [9]
สนามแมเหลกโลกเกดจากการทโลหะหนก ทมสถานะเปนของเหลวทอยในแกนโลกมการหมนวนทาใหมประจไฟฟาเคลอนทเกดกระแสไฟฟาไหลวนประมาณ 10,000 ลานแอมแปร ทาใหเกดสนามแมเลกทเอยงทามมประมาณ 11.5 องศาจากแกนหมน
ของโลก สนามแมเหลกทผวโลกจะมความเขมประมาณ 30,000 - 60,000 นาโนเทสลา และความเขมจะคอยๆ ลดลงเมออยหางจากผวโลกมากขน
Page 18
คณสมบตของสนามแมเหลกโลกนทาใหโลกเหมอนมแมเหลกขนาดใหญฝงอยใตโลก โดยวางตวในแนวเหนอ-ใต และแผสนามแมเหลกปกคลมทวโลก สนามแมเหลกโลกมลกษณะเหมอนกบสนามแมเหลกทวๆไป คอ ประกอบไปดวยขวแมเหลกสองขว คอ ขวเหนอและขวใต โดยทข วแมเหลกโลกจะสลบกบข วโลกทางภมศาสตร คอ ขวใตของแมเหลกจะอยทางซกโลกเหนอ และขวเหนอของแมเหลกอยทางซกโลกใต ทาใหเสนแรงแมเหลกจะพงออกจากซกโลกใตและพงเขาหาซกโลกเหนอ
นอกจากนนข วแมเหลกโลกไมไดอยในตาแหนงเดยวกนกบข วเหนอและขวใตทางภมศาสตร แตจะอยหางออกมาประมาณ 12องศา นนหมายถง ถาเราเดนตามทศเหนอของเขมทศไปเรอยๆ เราจะเดนไปไมถงข วโลกเหนอ แตจะหยดอยหางจากขวโลกเหนอถง 12องศาหรอประมาณ 1,330 กโลเมตรเลยทเดยว โดยขวใตแมเหลกจะอยในพนททางตะวนออกเฉยงเหนอของประเทศแคนาดา สวนขวเหนอแมเหลกจะอยในทวปแอนตารกตกา
นอกจากนนสนามแมเหลกโลกยงมประโยชนอกอยางหนง คอ เปนโลปองกนอนตรายทอาจเกดขนจาก ลมสรยะ (Solar wind)
ซงเปนกระแสอนภาคทมประจไฟฟา สวนใหญจะเปนโปรตอนและอเลกตรอน สนามแมเหลกโลกจะปองกนไมใหอนภาคเหลา
นนผานชนบรรยากาศเขาสโลก ซงจะเปนอนตรายตอสงมชวต
Page 19
ลมสรยะทมาปะทะสนามแมเหลกโลกจะถกเบยงเบนออมโลก อตรากรยาระหวางสนามแมเหลกโลกกบลมสรยะ ทาใหสนามแมเหลกโลกดานตรงขามดวงอาทตยลไปคลายหางของดาวหาง ซงเรยกวา แมกนโตสเฟยร (magnetosphere) แตกมอนภาคทมประจไฟฟาจากลมสรยะบางสวน ถกสนามแมเหลกโลกผลกใหผานเขาบรรยากาศบรเวณขวแมเหลกโลก เมออนภาคทมประจไฟฟาเหลานชนกบโมเลกลของออกซเจนและไนโตรเจน ในบรรยากาศทระดบ 100-300 กโลเมตร โมเลกลของออกซเจนและไนโตรเจน กจะปลอยแสงในชวงทตามองเหนออกมา เรยกวา ออโรรา (aurora) ออโรรามกเกดในทองฟาตอนกลางคนหรอพลบคา บรเวณใกลข วแมเหลกโลก มลกษณะคลายผามานทเปนรวสะบดไปมา มกมสเขยวหรอสแดง ออโรราทเกดบรเวณขวโลกเหนอ เรยกวา แสงเหนอ (northern lightหรอ aurora borealis) ออโรราทเกดบรเวณขวโลกใต เรยกวา แสงใต (southern light หรอ aurora australis)
นอกจากนมคนบางคนเชอวาการทสตวบางชนดสามารถอพยพใตเปนระยะทางไกลมากโดยไมหลงทาง เพราะมนมความสามารถรบรสนามแมเหลก ประโยชนสดทายคอทาใหมนษยสามารถกาหนดทศทางได โดยเขมทศทจะวางตวตามแนวเหนอ-ใต ตามแนวของสนามแมเหลกโลก
สนามแมเหลกสมาเสมอ คอ สนามแมเหลกทมเสนสนามแมเหลกเปนเสนตรงทขนานกน มทศทางเดยวกน และมคาเทากนทกๆ ตาแหนง โดยสวนมากสนามแมเหลกสมาเสมอจะเกดจากแผนแมเหลกทมข วตางกน 2 แผนวางขนานกน
Page 20
ถาประจอยนงหรอเคลอนทขนานกบทศของสนามแมเหลกจะไมมแรงกระทาจากสนามแมเหลก แตถาใหอนภาคทมประจเคลอนทในทศทางทไมขนานกบทศทางของสนามแมเหลก จะมแรงกระทาจากสนามแมเหลกทนท และเรยกแรงนวา แรงแมเหลก (Magneticforce) หรอ แรงลอเรนซ (Lorentz Force) ซงแรงนจะทาใหแนวการเคลอนทของประจเปลยนไป โดยทศทางของแรงแมเหลกนสามารถหาไดจาก "กฎมอขวา (Right Hand Rule)" [10]
วางมอขวาใหทศทางของสนามแมเหลกทมดานหลงมอกอน1.สนว (นวช,นวกลาง,นวนางและนวกอย) ชตามทศทางการเคลอนทของอนภาคทมประจ2.นวโปงชแสดงทศทางของแรงทกระทากบอนภาคทมประจบวก (อนภาคทมประจลบแรงจะมทศทางตรงขามกบนวโปง)3.
เมออนภาคทมประจเคลอนทโดยมทศทางของความเรวตงฉากกบทศทางของสนามแมเหลก แรงแมเหลกทเกดขนจะตงฉากกบทศทางการเคลอนทของประจตลอดเวลา จะทาใหประจเคลอนทเปนวงกลม โดยมแรงแมเหลกทาหนาทเปนแรงสศนยกลาง
Page 21
นอกจากแรงจากสนามแมเหลก [11] จะกระทากบอนภาคทมประจทเคลอนทตดผานสนามแมเหลกแลว เมอมกระแส
ไฟฟาไหลผานลวดตวนาตดผานบรเวณทมสนามแมเหลก กจะเกดแรงทกระทากบลวดตวนาเนองจากกระแสไฟฟาในลวดตวนา เกดจากการเคลอนทของอเลกตรอนอสระดวยความเรวลอยเลอน ดงนนเมอมกระแสไฟฟาไหลผานลวดตวนาทวางตงฉากกบสนามแมเหลก จะเกดแรงกระทาตออเลกตรอนอสระเหลาน เนองจากอเลกตรอนอสระอยภายในลวดตวนา ดงนนแรงทเกดขนจงทาใหลวดตวนาเคลอนทในทศของแรงนน ซงสามารถหาทศทางของแรงไดจากฎมอขวาเชนกน
วางมอขวาใหทศทางของสนามแมเหลกทมดานหลงมอกอน1.สนว ชตามทศทางการไหลของกระแสไฟฟา (ตรงขามกบทศทางการเคลอนทของอเลกตรอน)2.นวโปง ชแสดงทศทางของแรงทกระทากบลวดตวนา3.
การทเกดแรงกระทากบลวดตวนาทวางตงฉากกบสนามแมเหลกเมอมกระแสไฟฟาไหลผาน ทาใหเราสามารถประยกตหลกการนเพอนามาสรางอปกรณตางๆได เชน กลวานอมเตอร , มอเตอร โดยนาลวดตวนามาพนใหกลายเปนขดลวดแลวนาไปวางไวในสนามแมเหลก ปลายทงสองของขดลวดตอกบขวของแบตเตอร เมอกระแสไฟฟาผานขดลวด ขดลวดจะเกดโมเมนต ของแรงค
Page 22
ควบกระทาใหขดลวดหมนรอบแกนหมน
สนามแมเหลกจากกระแสไฟฟา
นกวทยาศาสตรชาวสวเดนชอ ฮนซ ครสเตยน เออรสเตด (Hans Christian Oersted) ไดคนพบความสมพนธอยางหนงโดยบงเอญ ขณะทเขาทาการทดลองปลอยกระแสผานเขาไปในเสนลวดตวนาเสนหนงและมเขมทศวางอยใกลๆ ปรากฏวาเขมทศเบนไปจากแนวเดม เออรสเตดทดลองกลบทศทางการไหลของกระแส เขมทศกเกดการเบนไปอกเชนกน โดยมทศทางตรงกนขามกบคร งแรก เออรสเตด สรปผลการทดลองคร งนวา "เมอมกระแสไหลผานเสนลวดตวนา จะเกดเสนแรงแมเหลกขนมารอบๆ เสนลวดตวนานน" ลกษณะเสนแรงแมเหลกทเกดขนรอบเสนลวดตวนา เกดขนเปนลกษณะวงกลมลอมรอบเสนลวดตวนา
Page 23
เมอใหกระแสไฟฟาผานลวดตวนาตรง จะเกดสนามแมเหลกรอบลวดตวนา ทศของสนามแมเหลกหาไดจาก กฎมอขวา (Righthand rule) โดยกามอขวารอบลวดตวนาตรง ใหหวแมมอชไปทางทศของกระแสไฟฟา ทศทางการวนของนวทงสคอ ทศของสนามแมเหลก
ถาผานกระแสไฟฟาไปในลวดตวนาทถกดดเปนวงกลม จะเกดสนามแมเหลกรอบๆ ลวดตวนานน การหาทศของสนามแมเหลกยงคงใชกฎมอขวา โดยการกาลวดตวนาแตละสวนจะไดทศของสนามแมเหลกของลวดตวนานอกจากน ยงอาจใชวธกามอขวาวางบนระนาบของลวดตวนา โดยใหนวทงสวนตามทศของกระแสไฟฟา นวหวแมมอจะชไปตามทศของสนามแมเหลก
Page 24
เมอนาลวดตวนาทมฉนวนหมมาพนเปนขดลวดวงกลม ทมรศมคงตวเรยงซอนกนเปนรปทรงกระบอกเปนรปรางคลายสปรงขดลวดทไดน เรยกวา “โซลนอยด (solenoid)” [12]
เมอใหกระแสไฟฟาผานโซลนอยด จะมสนามแมเหลกเกดขน การหาทศของสนามแมเหลกใชวธการแบบเดยวกบการหาทศของสนามแมเหลกของลวดตวนาวงกลม คอ กามอขวาโดยใหนวทงสวนตามทศของกระแสไฟฟา นวหวแมมอจะชไปตามทศของสนามแมเหลกปลายของขดลวดดานทสนามแมเหลกพงออกมาจะเปนขวเหนอ และอกปลายหนงซงสนามแมเหลกพงเขาจะเปนขวใต ถาใสแทงเหลกออนไวทแกนกลางของโซลนอยด เมอกระแสไฟฟาผานโซลนอยด แทงเหลกออนจะมสมบตเปนแมเหลก แมเหลกทเกดจากวธนเรยกวา แมเหลกไฟฟา (Electromagnet) สนามแมเหลกทเกดจากโซลนอยด มคาสงสดบรเวณแกนกลางของโซลนอยด และขนาด
ของสนามแมเหลกนจะมคาเพมขนเมอกระแสไฟฟาเพม หรอจานวนรอบของขดลวดเพม แตเมอไมมกระแสไฟฟา แทงเหลกออนจะหมดสภาพแมเหลกทนท
Page 25
กระแสไฟฟาเหนยวนา [13] และแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา
เมอมกระแสไฟฟาไหลผานจะทาใหเกดสนามแมเหลกขนและ ในทางตรงขามถามสนามแมเหลกกนาจะมกระแสไฟฟาเกดขนไดความคดน ไมเคล ฟาราเดย (Michael Faraday) ไดทาการทดลองและสรปผลไวดงนคอ “ถามการเปลยนแปลงสนามแมเหลก ณ บรเวณใด การเปลยนแปลงนจะเหนยวนาทาใหเกดกระแสไฟฟาขนทตวนาซงนาไปวางอย ณ บรเวณนน”การเปลยนแปลงเสนแรงแมเหลกอาจเกดจากสาเหตตอไปน ขยบแทงแมเหลกเขาหรอออกจากตวนา ขยบตวนาเขาหรอออกตดกบเสนแรงแมเหลก ปดหรอเปดสวตซทนททนใด เพมหรอลดกระแสไฟฟา เพมหรอลดความตานทานในวงจร เปนตน
Page 26
เมอนาขดลวดหมนตดกบเสนแรงแมเหลกหรอทาใหเสนแรงแมเหลกเคลอนทตดกบขดลวดตวนา พบวาจะมกระแสไฟฟาเกดขนทตวนา เรยกปรากฏการณดงกลาววา การเหนยวนาแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic induction) การเกดกระแสไฟฟานเปนผลเนองจากการเปลยนแปลงเสนแรงแมเหลกทตดกบขดลวดตวนา ทาใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา (Induced electromotive force) และถาลวดตวนาตอครบวงจรจะเกดกระแสไฟฟาขน เรยกกระแสทเกดขนวา กระแสไฟฟาเหนยวนา (Induced current)
การหาทศของกระแสไฟฟาเหนยวนาในขดลวดตวนา หาไดจากกฎของเลนซ ซงมใจความวา “แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาในขดลวดจะทาใหเกดกระแสไฟฟาเหนยวนา ในทศทจะทาใหเกดฟลกซแมเหลกใหมขนมาตานทานการเปลยนแปลงของฟลกซแมเหลกเดมทตดผานขดลวดนน”
Page 27
[1] http://www.youtube.com/watch?v=_3K_kn_1N8g [2] http://www.youtube.com/watch?v=1yluEtuIc2o [3] http://www.youtube.com/watch?v=8sP67j1-t-E [4] http://www.youtube.com/watch?v=YKZ6DFNSyjM [5] http://www.youtube.com/watch?v=T0xaCYo2d6Q [6] http://www.youtube.com/watch?v=exN-_XZ00l4 [7] http://www.youtube.com/watch?v=Irzo64VA2RA [8] http://www.youtube.com/watch?v=-JsVZwc1dOo [9] http://www.youtube.com/watch?v=paZI-m1YEbQ [10] http://www.youtube.com/watch?v=vw2IJSWKqM0 [11] http://www.youtube.com/watch?v=VmzhyNLJbNA [12] http://www.youtube.com/watch?v=hsk3g2UaZRI [13] http://www.youtube.com/watch?v=Ml3SjrB_gk4